(57)【要約】【課題】  照明光の高精度な伝達と、輝度ダイナミックレンジの拡大と、表示画像の高画質化とを実現するのに好適で、且つ装置全体の小型化が可能な光学表示装置及び投射型表示装置を提供する。【解決手段】  投射型表示装置１を、光源１０と、インテグレータ２０と、ダイクロイックミラー３０，３５と、反射ミラー３６と、リレー光学系４０と、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒと、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、リレーレンズ９０と、射出側レンズ９５と、液晶ライトバルブ１００と、投射レンズ１１０と、を含み、液晶ライトバルブ１００を、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの後段に設けた構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光源からの光の光伝搬特性を制御する複数の第１光変調素子と、
前記各第１光変調素子からの光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御する第２光変調素子と、
前記第1光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達する少なくとも１つのリレー素子と、を備えることを特徴とする光学表示装置。
【請求項２】
前記リレー素子を含むリレー光学系は、両側テレセントリック性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学表示装置。
【請求項３】
表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光源からの光を、異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性をそれぞれ制御する複数の第１光変調素子と、
前記複数の第１光変調素子からの光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御する第２光変調素子と、
前記第1光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達する少なくとも１つのリレー素子と、を備えることを特徴とする光学表示装置。
【請求項４】
前記リレー素子を含むリレー光学系は、両側テレセントリック性を有することを特徴とする請求項３に記載の光学表示装置。
【請求項５】
前記光分離手段は、前記光源からの光を入射する入射面と、前記各分離光を射出する複数の射出面とを有し、
前記光合成手段は、前記光分離手段の各射出面に対応する複数の入射面と、前記合成光を射出する射出面とを有し、
前記光分離手段の射出面毎に、当該射出面から射出した分離光を前記光合成手段の対応する入射面に伝達し、且つ、当該分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように光伝達手段を設けるとともに、前記光分離手段の射出面及び当該射出面に対応する前記光合成手段の入射面の各光路上に前記第１光変調素子を配置したことを特徴とする請求項３又は請求項４記載の光学表示装置。
【請求項６】
前記光分離手段は、第１〜第４側面を含む多面体形状を有し且つその内部に特定の波長領域の光を反射、あるいは透過する膜が形成されたプリズムから成り、前記第１側面から入射した前記光源からの光を、異なる３つの特定波長領域の光に分離し、且つ、当該分離光を前記第２〜第４側面から射出するようになっており、
前記光合成手段は、第１〜第４側面を含む多面体形状を有し且つその内部に特定の波長領域の光を反射、あるいは透過する膜が形成されたプリズムから成り、前記第２〜第４側面から入射した光を合成して前記第１側面から射出するようになっており、
前記光分離手段の前記第２〜第４側面からそれぞれ射出される前記分離光を、前記光合成手段の前記第２〜第４側面に伝達し、且つ、前記３つの分離光の光路長がそれぞれ同一又はほぼ同一となるように前記光伝達手段を設けたことを特徴とする請求項５記載の光学表示装置。
【請求項７】
前記光分離手段及び前記光合成手段は、ダイクロイックミラーを断面Ｘ字型に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成されていることを特徴とする請求項５記載の光学表示装置。
【請求項８】
前記光分離手段及び前記光合成手段は、両者が一体化された構成となっていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の光学表示装置。
【請求項９】
前記各第１光変調素子と前記光合成手段との間に第１集光レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１０】
前記第１集光レンズは、前記各特定波長領域の光毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴とする請求項９記載の光学表示装置。
【請求項１１】
前記リレー素子と前記第２光変調素子との間に第２集光レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１２】
前記各特定波長領域の光に対応する前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間の距離を、各特定波長領域の光毎に異ならせたことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１３】
前記第１光変調素子以降の光路上に１つ以上の非球面レンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１４】
前記第１光変調素子以降の光路上に１つ以上のアクロマートレンズを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１５】
前記第２光変調素子は、前記第１光変調素子の表示解像度よりも高い表示解像度を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１６】
前記第１光変調素子は、前記第２光変調素子の表示解像度よりも高い表示解像度を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１７】
前記第１光変調素子における表示面の寸法を、前記第２光変調素子における表示面の寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１８】
前記第２光変調素子における表示面の寸法を、前記第１光変調素子における表示面の寸法よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の光学表示装置と、当該光学表示装置からの出力光を投射する投射手段と、を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光変調素子を介して光源からの光を変調して画像を表示する装置に係り、特に、輝度ダイナミックレンジおよび階調数の拡大を実現するのに好適な光学表示装置及び投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の光学表示装置における画質改善は目覚しく、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、たかだか１〜１０２［nit］程度にとどまり、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が１０−２〜１０４［nit］程度であり、また、輝度弁別能力は、０．２[nit]程度で、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通じて現在の光学表示装置の表示画像をみると、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表示画像のリアリティさ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コンピュータグラフィックス（以下、ＣＧと略記する。）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調数を表示データ（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。しかしながら、それを表示する光学表示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することができないという課題がある。
【０００４】
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輝度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光学表示装置の実現が望まれる。
【０００５】
光学表示装置のなかでも、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing、TI社の商標）プロジェクタといった投射型表示装置は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティさや迫力を再現する上で効果的な装置である。この分野では、上記の課題を解決するために、次のような提案がなされている。
【０００６】
高ダイナミックレンジの投射型表示装置としては、例えば、特許文献１に開示されている技術があり、光源と、光の全波長領域の輝度を変調する第２光変調素子と、光の波長領域のうちＲＧＢ３原色の各波長領域についてその波長領域の輝度を変調する第１光変調素子とを備え、光源からの光を第２光変調素子で変調して所望の輝度分布を形成し、その光学像を第１光変調素子の表示面に結像して色変調し、２次変調した光を投射するというものである。第２光変調素子および第１光変調素子の各画素は、ＨＤＲ表示データから決定される第１制御値および第２制御値に基づいてそれぞれ別個に制御される。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造または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変調素子が用いられる。その代表例としては、液晶ライトバルブが挙げられる。また、透過型変調素子の代わりに反射型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。
【０００７】
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。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。上記従来の投射型表示装置は、輝度ダイナミックレンジが３００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ので、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り、８ビットを超える階調数を得ることができる。
【特許文献１】特開２００１−１００６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の発明においては、例えば、表示むらを低減するために第２光変調素子における分割数（解像度）の増大が必要となるが、第２光変調素子と第１光変調素子との間には多数の光学素子が配置されるため、所望の光強度分布を有する照明光を第１光変調素子上に正確に伝達することが困難であるという問題があった。
【０００９】
また、液晶ライトバルブやＤＭＤ素子等により構成される第１光変調素子及び第２光変調素子の配置において、両者間の距離が離れているため、第２光変調素子において輝度変調された各画素に対応する変調光の収差が、第１光変調素子の対応する画素に到達する段階において前記距離の大きさに比例して大きくなってしまう。このため、第２光変調素子の各画素を、例えば、前記距離による収差に応じて大きくすることにより収差分のズレを許容させる方法が考えられるが、この方法を用いると第１光変調素子の大型化が避けられないといった問題が生じる。一方、第１光変調素子及び第２光変調素子の間に、光学素子を介在させて上記収差を補正する方法も考えられるが、照明光学系の複雑化や高価な光学素子の使用が避けられないため装置の高コスト化が発生するといった問題が生じる。
【００１０】
また、３原色の光に分離後の各分離光の照明光路の光学的な長さが、ある一色の分離光について他の二色の分離光とは異なるため、この光路長差による分離光間の輝度差が発生する。この輝度差は、分離光合成後の光学像において、色のにじみや、色のぼやけ等の原因となる。
【００１１】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、照明光の高精度な伝達と、輝度ダイナミックレンジの拡大と、表示画像の高画質化とを実現するのに好適で、且つ装置全体の小型化が可能な光学表示装置及び投射型表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の光学表示装置は、表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光源からの光の光伝搬特性を制御する複数の第１光変調素子と、
前記各第１光変調素子からの光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御する第２光変調素子と、
前記第1光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達する少なくとも１つのリレー素子と、を備えることを特徴としている。
【００１３】
このような構成であれば、複数の第１光変調素子によって前記光源からの光の光伝搬特性を制御することが可能であり、光合成手段によって前記各第１光変調素子からの光を合成することが可能であり、第２光変調素子によって前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御することが可能であり、少なくとも１つのリレー素子によって前記第1光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達することが可能である。
【００１４】
従って、第１光変調素子および第２光変調素子を介して光源からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、第２光変調素子をリレー素子を介して光合成手段の後段に設けることになるので、両者の距離を短くすることができ、これにより合成光伝達時の光学収差の低減が可能となる。つまり、光合成手段からの合成光を第２光変調素子へと比較的高い精度で伝達することができるので、従来に比して前記合成光の第２光変調素子への結像精度を向上できるという効果が得られる。
【００１６】
ここで、光伝搬特性とは、光の伝搬に影響を与える特性をいい、例えば、光の透過率、反射率、屈折率その他の伝搬特性が含まれる。以下、発明３の光学表示装置において同じである。
【００１７】
また、光源は、光を発生する媒体であればどのようなものを利用することもでき、例えば、ランプのような光学系に内蔵の光源であってもよいし、太陽や室内灯のような外界の光を利用したものであってもよい。以下、発明３の光学表示装置において同じである。
【００１８】
また、光源は、例えば、光の３原色であるＲＧＢの各色毎に対応した３つの光源を用いても良いし、単体で白色光を射出するものなどどのようなものを用いても良い。但し、白色光の光源を用いた場合は、表示画像の色を表現するための光の３原色等を白色光から分離する光分離手段が必要となる。以下、発明３の光学表示装置において同じである。
【００１９】
なお、リレー素子は、透過型の光学素子（レンズなど）、及び反射型の光学素子（ミラーなど）のいずれでもよい。
【００２０】
〔発明２〕  さらに、発明２の光学表示装置は、発明１の光学表示装置において、
前記リレー素子を含むリレー光学系は、両側テレセントリック性を有することを特徴としている。
このような構成であれば、第２光変調素子の画素面上に結像される像の、明るさ、色味、コントラスト等の均一化が確実に図られ、画像表示品質が良好なものとなる。
また、上記構成により、第２光変調素子の光軸方向の配置位置に関する許容誤差範囲を比較的広く取ることが可能となり、設計や構成の簡素化、製造コストの低減化が図られる。
【００２１】
〔発明３〕  一方、上記目的を達成するために、発明３の光学表示装置は、表示画像データに基づき光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光源からの光を、異なる複数の特定波長領域の光に分離する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性をそれぞれ制御する複数の第１光変調素子と、
前記複数の第１光変調素子からの光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御する第２光変調素子と、
前記第１光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達する少なくとも１つのリレー素子と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
このような構成であれば、光分離手段によって前記光源からの光を、その波長成分のうち複数の特定波長領域の光に分離することが可能であり、複数の第１光変調素子によって前記光分離手段からの前記複数の特定波長領域の光を、当該光の特定波長領域毎にその光伝搬特性を制御することが可能であり、光合成手段によって前記光伝搬特性の制御された前記複数の特定波長領域の光を合成することが可能であり、第２光変調素子によって前記光合成手段によって合成された合成光の光伝搬特性を制御することが可能であり、少なくとも１つのリレー素子によって前記第１光変調素子上に形成された光学像を前記第２光変調素子上に伝達することが可能である。
【００２３】
従って、第１光変調素子および第２光変調素子を介して光源からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
【００２４】
また、第２光変調素子をリレー素子を介して光合成手段の後段に設けることになるので、両者の距離を短くすることができ、これにより合成光伝達時の光学収差の低減が可能となる。つまり、光合成手段からの合成光を第２光変調素子へと比較的高い精度で伝達することができるので、従来に比して前記合成光の第２光変調素子への結像精度を向上できるという効果が得られる。
【００２５】
なお、リレー素子は、透過型の光学素子（レンズなど）、及び反射型の光学素子（ミラーなど）のいずれでもよい。
【００２６】
〔発明４〕  さらに、発明４の光学表示装置は、発明３の光学表示装置において、
前記リレー素子を含むリレー光学系は、両側テレセントリック性を有することを特徴としている。
【００２７】
このような構成であれば、第２光変調素子の画素面上に結像される像の、明るさ、色味、コントラスト等の均一化が確実に図られ、画像表示品質が良好なものとなる。
また、上記構成により、第２光変調素子の光軸方向の配置位置に関する許容誤差範囲を比較的広く取ることが可能となり、設計や構成の簡素化、製造コストの低減化が図られる。
【００２８】
〔発明５〕  さらに、発明５の光学表示装置は、発明３又は発明４の光学表示装置において、前記光分離手段は、前記光源からの光を入射する入射面と、前記各分離光を射出する複数の射出面とを有し、
前記光合成手段は、前記光分離手段の各射出面に対応する複数の入射面と、前記合成光を射出する射出面とを有し、
前記光分離手段の射出面毎に、当該射出面から射出した分離光を前記光合成手段の対応する入射面に伝達し、且つ、当該分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように光伝達手段を設けるとともに、前記光分離手段の射出面及び当該射出面に対応する前記光合成手段の入射面の各光路上に前記第１光変調素子を配置したことを特徴としている。
【００２９】
このような構成であれば、光伝達手段によって、前記光分離手段から射出された各分離光を、それぞれ前記各第１光変調素子を介して前記光合成手段の対応する各入射面に、前記各分離光の光路長が他の分離光の光路長と同一又はほぼ同一となるように伝達することが可能である。
【００３０】
従って、光分離手段から光合成手段までの複数の特定波長領域の光の光路長が同一又はほぼ同一となるので、複数の第１光変調素子から第２光変調素子に伝達される各特定波長領域の光の輝度差を色光間で低減でき、これにより伝達される光学像の色のにじみやぼやけ等を低減して画質を向上できるという効果が得られる。
【００３１】
〔発明６〕  さらに、発明６の光学表示装置は、発明５の光学表示装置において、前記光分離手段は、第１〜第４側面を含む多面体形状を有し且つその内部に特定の波長領域の光を反射、あるいは透過する膜が形成されたプリズムから成り、前記第１側面から入射した前記光源からの光を、異なる３つの特定波長領域の光に分離し、且つ、当該分離光を前記第２〜第４側面から射出するようになっており、
前記光合成手段は、第１〜第４側面を含む多面体形状を有し且つその内部に特定の波長領域の光を反射、あるいは透過する膜が形成されたプリズムから成り、前記第２〜第４側面から入射した光を合成して前記第１側面から射出するようになっており、
前記光分離手段の前記第２〜第４側面からそれぞれ射出される前記分離光を、前記光合成手段の前記第２〜第４側面に伝達し、且つ、前記３つの分離光の光路長がそれぞれ同一又はほぼ同一となるように前記光伝達手段を設けたことを特徴としている。
【００３２】
このような構成であれば、前記光伝達手段によって、前記光分離手段の前記第２〜第４側面からそれぞれ射出される前記分離光を、前記光合成手段の前記第２〜第４側面に伝達し、且つ、前記３つの分離光の光路長をそれぞれ同一又はほぼ同一とすることが可能である。
【００３３】
従って、光分離手段から光合成手段までの複数の特定波長領域の光の光路長が同一又はほぼ同一となるので、複数の第１光変調素子から第２光変調素子に伝達される各特定波長領域の光の輝度差を色光間で低減でき、これにより伝達される光学像の色のにじみやぼやけ等を低減して画質を向上できるという効果が得られる。
【００３４】
〔発明７〕  さらに、発明７の光学表示装置は、発明５の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段は、ダイクロイックミラーを断面Ｘ字型に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成されていることを特徴としている。
【００３５】
このような構成であれば、前記光分離手段及び前記光合成手段は、ダイクロイックミラーにより構成されるので、前記光分離手段及び前記光合成手段を比較的安価に構成することができるという効果が得られる。
【００３６】
〔発明８〕  さらに、発明８の光学表示装置は、発明６又は発明７の光学表示装置において、前記光分離手段及び前記光合成手段は、両者が一体化された構成となっていることを特徴としている。
【００３７】
このような構成であれば、前記光分離手段及び前記光合成手段の製造工程において、その工程数を減らすことが可能となり、これにより前記光分離手段及び前記光合成手段を比較的安価に構成することができるという効果が得られる。
【００３８】
〔発明９〕  さらに、発明９の光学表示装置は、発明１乃至発明８のいずれか１の光学表示装置において、前記各第１光変調素子と前記光合成手段との間に第１集光レンズを設けたことを特徴としている。
【００３９】
このような構成であれば、第１集光レンズによって各特定波長領域の光毎に、リレー素子への入射効率を向上することが可能である。
【００４０】
つまり、第１集光レンズは、入射した光を集光する機能を有したレンズである。
【００４１】
〔発明１０〕  さらに、発明１０の光学表示装置は、発明９の光学表示装置において、前記第１集光レンズは、前記各特定波長領域の光毎にそれぞれ異なる特性のものを設けたことを特徴としている。
【００４２】
このような構成であれば、各特定波長領域の光の性質に合わせて、各光のリレー素子への入射効率を高めるのに適切な特性を有する第１集光レンズをそれぞれ設けることにより、各特定波長領域の光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
【００４３】
ここで、第１集光レンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
【００４４】
〔発明１１〕  さらに、発明１１の光学表示装置は、発明１乃至発明１０のいずれか１の光学表示装置において、前記リレー素子と前記第２光変調素子との間に第２集光レンズを設けたことを特徴としている。
【００４５】
このような構成であれば、第２集光レンズによって前記リレー素子からの合成光の第２光変調素子への入射角度分布を都合の良い角度分布に調整することが可能である。
【００４６】
つまり、第２集光レンズは、入射した光の射出角度の分布を調整する機能を有したレンズである。
【００４７】
〔発明１２〕  さらに、発明１２の光学表示装置は、発明１乃至発明１１のいずれか１の光学表示装置において、前記各特定波長領域の光に対応する前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間の距離を、各特定波長領域の光毎に異ならせたことを特徴としている。
【００４８】
このような構成であれば、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間の距離をそれぞれの特定波長領域の光毎に調整することにより、例えば、焦点位置の調整を行うことができる。従って、簡易に倍率色収差等の光学収差の補正ができるという効果が得られる。
【００４９】
〔発明１３〕  さらに、発明１３の光学表示装置は、発明１乃至発明１２のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光変調素子以降の光路上に１つ以上の非球面レンズを設けたことを特徴としている。
【００５０】
このような構成であれば、非球面レンズにより各伝達光の焦点位置のズレを補正することができ、これにより光の結像精度を向上できるという効果が得られる。
【００５１】
〔発明１４〕  さらに、発明１４の光学表示装置は、発明１乃至発明１３のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光変調素子以降の光路上に１つ以上のアクロマートレンズを設けたことを特徴としている。
【００５２】
このような構成であれば、アクロマートレンズにより各伝達光の焦点位置のズレを補正することができ、これにより光の結像精度を向上できるという効果が得られる。
【００５３】
ここで、アクロマートレンズとは、屈折率と色分散の異なる２枚のレンズ（凸レンズと凹レンズ）を貼り合わせて、例えば、２色（通常は赤と青）の焦点位置のずれを補正するものである。つまり、光には波長によって屈折率が異なる性質があるため、例えば一枚のレンズを透過した可視光は、波長の短い青い光は手前に、赤い光は奥に結像し（これを「軸上色収差」とよぶ）これによって像の色がにじんでしまう。つまり、このにじみを抑えるのにアクロマートレンズは好適である。 勿論、前記第１光変調素子以降の光路上に設けられるレンズは３枚以上のレンズからなる組レンズであっても、アクロマートレンズや非球面レンズと同様の効果を得られる。 
【００５４】
〔発明１５〕  さらに、発明１５の光学表示装置は、発明１乃至発明１４のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光変調素子は、前記第１光変調素子の表示解像度よりも高い表示解像度を有することを特徴としている。
【００５５】
このような構成であれば、第１光変調素子から第２光変調素子までの光伝達におけるＭＴＦ(Modulation Transfer Function)を高く設定する必要がなくなるので、第１光変調素子から第２光変調素子までの間に必要な光学素子の低コスト化ができるという効果が得られる。また、複数ある第１光変調素子が第２光変調素子よりも低解像度であるので、第１光変調素子を第２光変調素子よりも小型化することができるので、その分のコスト低減ができるという効果も得られる。
【００５６】
〔発明１６〕  さらに、発明１６の光学表示装置は、発明１乃至発明１４のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光変調素子は、前記第２光変調素子の表示解像度よりも高い表示解像度を有することを特徴としている。
【００５７】
このような構成であれば、各光変調素子に対応する表示画像データの作成において、第２光変調素子よりも表示解像度の高い第１光変調素子の表示解像度に合わせて用意される表示画像データを、第２変調素子の表示解像度に合わせて１回だけ画像処理を行うだけで済むため、表示画像データの生成が容易となるという効果が得られる。つまり、第１光変調素子よりも第２光変調素子の方が表示解像度が高い場合は、複数ある第１光変調素子用に複数回の画像処理が必要となる。また、本発明をプロジェクタ等の投射型表示装置に適用した場合に、第１光変調素子より第２光変調素子の方が表示解像度が低いのでその寸法を第１光変調素子より小さくすることができ、これに合わせて投射レンズ等の投射手段を小型化できるので、コストの低減ができるという効果も得られる。
【００５８】
〔発明１７〕  さらに、発明１７の光学表示装置は、発明１乃至発明１６のいずれか１の光学表示装置において、前記第１光変調素子における表示面（画像表示領域）の寸法を、前記第２光変調素子における表示面（画像表示領域）の寸法よりも大きくしたことを特徴としている。
【００５９】
このような構成であれば、例えば、第１光変調素子及び第２光変調素子に液晶ライトバルブを適用した場合に、液晶ライトバルブにおける複数の画素から構成される表示面の寸法の大小関係が、「第１光変調素子の表示面＞第２光変調素子の表示面」となり、第１光変調素子よりも第２光変調素子を小型に構成することができる。従って、第２光変調素子の小型化に合わせて投射レンズ等の投射手段も小型化できるので、コストの低減ができるという効果が得られる。また、第１光変調素子及び第２光変調素子の上記した表示面の寸法関係による構成は、第１光変調素子及び第２光変調素子の解像度を、「第２光変調素子の解像度＜第１光変調素子の解像度」の関係としたときに好適である。
【００６０】
ここで、表示面（画像表示領域）とは、光変調素子として用いる素子によって異なり、液晶ライトバルブであれば、上記した表示面となり、ＤＭＤ素子であれば、複数のマイクロミラーから構成される反射面となる。なお、上記表示面は、画素自体の寸法や数により全体の寸法が変わり、上記反射面はマイクロミラーの寸法や数により寸法が変わる。以下、発明１８の光学表示装置において同じである。
【００６１】
〔発明１８〕  さらに、発明１８の光学表示装置は、発明１乃至発明１６のいずれか１の光学表示装置において、前記第２光変調素子における表示面（画像表示領域）の寸法を、前記第１光変調素子における表示面（画像表示領域）の寸法よりも大きくしたことを特徴としている。
【００６２】
このような構成であれば、例えば、第１光変調素子及び第２光変調素子に液晶ライトバルブを適用した場合に、液晶ライトバルブにおける複数の画素から構成される表示面の寸法の大小関係が、「第２光変調素子の表示面＞第１光変調素子の表示面」となり、第２光変調素子よりも第１光変調素子を小型に構成することができる。従って、例えば、ＲＢＧの３原色の色光の伝搬特性を制御するときに３つ必要となる第１光変調素子を小型化することが可能となるので、この分のコスト低減が可能となる。また、第１光変調素子及び第２光変調素子の上記寸法関係は、「第１光変調素子の解像度＜第２光変調素子の解像度」の関係のときに好適である。
【００６３】
〔発明１９〕  一方、上記目的を達成するために発明１９の投射型表示装置は、発明１乃至発明１８のいずれか１に記載の光学表示装置と、当該光学表示装置からの出力光を投射する投射手段と、を備えることを特徴としている。
【００６４】
このような構成であれば、上記発明１乃至発明１８のいずれか１に記載の光学表示装置により結像された高精度な光学像をスクリーン等に投射して画像を表示することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施形態］
図１〜図１２は、本発明に係る光学表示装置及び投射型表示装置の第１の実施形態を示す図である。
【００６６】
まず、本発明の第１の実施形態に係る投射型表示装置１の構成を図１〜図３に基づき説明する。図１は、本発明に係る投射型表示装置１の主たる光学構成を示す図であり、図２はダイクロイックプリズム８０の構成を示す図であり、図３は、光学像を等倍で伝達するリレー光学系の一例を示す図である。
【００６７】
投射型表示装置１は、図１に示すように、光源１０と、インテグレータ２０と、ダイクロイックミラー３０，３５と、反射ミラー３６と、リレー光学系４０と、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒと、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒと、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、リレーレンズ９０と、射出側レンズ９５と、液晶ライトバルブ１００と、投射レンズ１１０と、を含んだ構成となっている。
【００６８】
光源１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等から成る光源ランプ１１と、光源からの光を集光するリフレクタ１２と、から構成されている。
【００６９】
インテグレータ２０は、フライアイレンズ等から成る第１レンズアレイ２１及び第２レンズアレイ２２から構成されており、光源１０の輝度むらを分散し、照射面で一様な照度分布を得るためのものである。
【００７０】
ダイクロイックミラー３０は、ガラス板等に青色光及び緑色光を反射し、赤色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、光源１０からの白色光に対して、当該白色光に含まれる青色光及び緑色光を反射し、赤色光を透過する。
【００７１】
ダイクロイックミラー３５は、ガラス板等に緑色光を反射し、青色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、ダイクロイックミラー３０を透過した緑色光及び青色光のうち、緑色光を反射して平行化レンズ５０Ｇに伝達し、青色光を透過してリレー光学系４０に伝達する。
【００７２】
反射ミラー３６は、ダイクロイックミラー３０を透過した赤色光を反射して平行化レンズ５０Ｒに伝達する。
【００７３】
リレー光学系４０は、入射側レンズ４１と、リレーレンズ４２と、反射ミラー４５，４６と、から構成されている。
【００７４】
リレーレンズ４２は入射側レンズ４１近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ５０Ｂ近傍に伝達するもので、入射側レンズ４１はリレーレンズ４２に光を効率よく入射させる機能を有する。このリレー光学系４０によって入射側レンズ４１に入射した青色光はその強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ６０Ｂに伝達される。
【００７５】
平行化レンズ５０Ｂは、反射ミラー４６によって伝達された青色光を略平行化して液晶ライトバルブ６０Ｂに向けて射出する。
【００７６】
平行化レンズ５０Ｇは、ダイクロイックミラー３５によって伝達された緑色光を略平行化して液晶ライトバルブ６０Ｇに向けて射出する。
【００７７】
平行化レンズ５０Ｒは、反射ミラー３６によって伝達された赤色光を略平行化して液晶ライトバルブ６０Ｒに向けて射出する。
【００７８】
上記３つの平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは対応する液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒに入射する各色光を略平行化して入射光の角度分布を狭め、液晶ライトバルブ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒの表示特性を向上させる機能を有している。
【００７９】
液晶ライトバルブ６０Ｂは、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構成を有したもので、平行化レンズ５０Ｂによって略平行化されて入射された青色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。
【００８０】
液晶ライトバルブ６０Ｇは、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構成を有したもので、平行化レンズ５０Ｇによって略平行化されて入射された緑色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。
【００８１】
液晶ライトバルブ６０Ｒは、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構成を有したもので、平行化レンズ５０Ｒによって略平行化されて入射された赤色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。
【００８２】
入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒは、対応する各液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒによって変調された各色の変調光をリレーレンズ９０に効率よく入射させる機能を有するもので、各々の変調光を集光し光合成用クロスダイクロイックプリズム８０を経てリレーレンズ９０に入射させる。
【００８３】
光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、図２に示すように、三角柱形状の４つのプリズムを接合して成る６面体形状を有しており、内部に青光反射ダイクロイック膜８１と赤光反射ダイクロイック膜８２が断面Ｘ字状に配置されている。入射した青色光及び赤色光を対応するダイクロイック膜でリレーレンズ９０側に反射し、一方、入射した緑色光をリレーレンズ９０側にそのまま透過することにより、ＲＧＢの３原色の光を合成してリレーレンズ９０側に射出する。ここで、光学収差を低減するために、光伝達過程内に配置する光合成用クロスダイクロイックプリズム８０を分散性の少ない光学材料（例えば、ゼロ分散あるいは低分散ガラス等）で形成するのが好ましい。
【００８４】
リレーレンズ９０は、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ、６０Ｇ，６０Ｒの表示面上に形成された３つの光学像（光強度分布）を途中の光合成用クロスダイクロイックプリズム８０で合成しながら射出側レンズ９５を経て、後述する液晶ライトバルブ１００の表示面上にその強度分布をほぼ保存した状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく正確に伝達する機能を有するもので、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０からの合成光を射出側レンズ９５に向けて射出する。
【００８５】
射出側レンズ９５は、リレーレンズ９０によって導かれた合成光を略平行化して液晶ライトバルブ１００に向けて射出する。射出側レンズ９５の後段に配置された液晶ライトバルブ１００や投射レンズ１１０がその表示特性に光の入射角依存性を有するため、それらの光学素子に対して入射する光の角度分布の広がりを抑えて、表示性能や光利用効率を向上させる目的で射出側レンズ９５は配置される。したがって、射出側レンズ９５以降の光学素子によっては、射出側レンズ９５を省いても良い。
【００８６】
液晶ライトバルブ１００は、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構成を有したもので、射出側レンズ９５からの全波長領域に及ぶ合成光を表示画像データに基づいて光変調し、最終的な光学像を内包した変調光を射出する。
【００８７】
投射レンズ１１０は、液晶ライトバルブ１００の表示面上に形成された光学像を図示しないスクリーン上に投射してカラー画像を表示する。
【００８８】
ここで、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ，１００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素子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ガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板と、それらの間に挟持されたＴＮ型液晶を有し、外面の両側に偏光板を配置したアクティブマトリックス型の液晶表示素子である。制御値（印加電圧）に応じて透過率を変え、液晶ライトバルブを通過する光の強度を変調することができる。例えば、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となり、与えられた制御値（印加電圧）に応じてその間の階調がアナログ的に制御される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及び液晶ライトバルブ１００は何れも透過光の強度を変調し、その変調度合いに応じた光学像を内包する点では同じであるが、後者の液晶ライトバルブ１００は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、前者の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは光分離手段であるダイクロイックミラー３０，３５で分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂなどの色光）を変調する点で両者は異なっている。したがって、以下では液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ１００で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。また、同様の観点から、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを色変調ライトバルブ、液晶ライトバルブ１００を輝度変調ライトバルブと呼称して区別する場合がある。そして、色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブに入力する制御データの内容については後ほど詳述する。なお、本実施形態では、色変調ライトバルブは輝度変調ライトバルブよりも高い解像度を有し、よって、色変調ライトバルブが表示解像度（投射型表示装置１の表示画像を観測者が見たときに観測者が知覚する解像度をいう。）を決定する場合を想定している。勿論、表示解像度の関係はこれに限定されず、輝度変調ライトバルブが表示解像度を決定する構成も可能である。
【００８９】
次に、投射型表示装置１の全体的な光伝達の流れを説明する。光源１０からの白色光はダイクロイックミラー３０，３５により赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色光に分光されるとともに、平行化レンズ５０Ｒ，５０Ｇ、リレー光学系４０、平行化レンズ５０Ｂを介して、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ（色変調ライトバルブ）に入射される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒからの各変調光は、それぞれ入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒを介してダイクロイックプリズム８０に入射し、そこで一つの光に合成され、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５を介してライトバルブ１００に入射される。液晶ライトバルブ１００に入射した合成光は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射部１１０へ射出される。そして、投射部１１０において、液晶ライトバルブ１００からの最終的な合成光を図示しないスクリーン上に投射し所望の画像を表示する。
【００９０】
投射型表示装置１では、第１光変調素子である液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒで光学像（画像）を形成した変調光を用いて、最終的な表示画像を第２光変調素子である液晶ライトバルブ１００で形成する形態を採用しており、この２段階の画像形成過程によって階調表現性に優れた（高い輝度ダイナミックレンジを有する）表示画像の形成を実現している。したがって、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒで形成した光学像（画像）を液晶ライトバルブ１００上に正確且つ高い効率で伝達する必要がある。そのためには、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５を含んで構成される光伝達系に、アクロマートレンズや非球面レンズを追加したり、或いは、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５として、アクロマートレンズや非球面レンズを適用することが効果的である。さらには、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒの材質やレンズ曲率などの光学特性などを個別に最適化しても良い。この様な構成を採用することにより、光学像（画像）伝達過程における光学収差の発生を抑制でき、正確且つ高い効率での光学像（光強度分布）伝達を実現することができる。
【００９１】
なお、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ及び液晶ライトバルブ１００の解像度及び寸法を互いに同一とした場合には、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５によって構成されるリレー光学系を、等倍のリレー光学系にすれば良い。等倍のリレー光学系とした場合に、図３に示すように、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ上に形成された光学像は、反転しつつも大きさを変えずに（等倍倒立像として）正確に液晶ライトバルブ１００に伝達される。なお、上記リレー光学系は、両側テレセントリック性を有するのが好ましい。
【００９２】
ここで、図４は、両側テレセントリック性を有するリレー光学系の構成例を示す図である。
リレー光学系は、図４に示すように、開口絞りに対してほぼ対称に配置された前段レンズ群および後段レンズ群からなる等倍結像レンズ系である。前段レンズ群および後段レンズ群は、複数の凸レンズと、１枚の凹レンズとで構成されている。ただし、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものであり、図４の例に限定されるものではない。
【００９３】
図５は、図４のリレー光学系の動作原理を示す図である。
リレー光学系は、図５に示すように、典型的には等倍結像のものが用いられるので、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒおよび液晶ライトバルブ１００の画素密度を同一としても、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒの画素と液晶ライトバルブ１００の画素を１対１に対応させることができる。また、リレー光学系は、多数枚のレンズから構成されるので、収差補正が良く、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒで形成される輝度分布を正確に液晶ライトバルブ１００に伝達することができる。
【００９４】
図６及び図７は、テレセントリック性の説明図であり、図６（ａ）、図７（ａ）は両側テレセントリック性を有するリレー光学系を示し、図６（ｂ）、図７（ｂ）は一般的なリレー光学系を示している。
【００９５】
テレセントリック光学系とは、図６（ａ）に示すように、太い実線で示す主光線が物体側（前段ライトバルブ側）空間もしくは像側（後段ライトバルブ側）空間において光軸に対して平行な光学系であり、物体側（前段ライトバルブ側）及び像側（後段ライトバルブ側）のいずれの側にもテレセントリックなものを両側テレセントリック光学系という。両側テレセントリック性を有するリレー光学系では、前段ライトバルブ（本例では液晶ライトバルブ）から出射する主光線は前段ライトバルブのいずれの部位からもほぼ垂直に出射し、後段ライトバルブ（本例では液晶ライトバルブ）にほぼ垂直に入射する。したがって、前段ライトバルブの光軸から遠い位置（Ａ）から出射する光束の出射角度分布と、光軸から近い位置（Ｂ）から出射する光束の出射角度分布とを比較した場合、それらはほぼ等しい。
【００９６】
一方、図６（ｂ）に示すように、一般的なリレー光学系では、太い実線で示す主光線は、前段ライトバルブの出射位置によって出射角度が異なり、後段ライトバルブへの入射角も入射位置によって異なる。したがって、前段ライトバルブの光軸から遠い位置（Ａ）から出射する光束の出射角度分布と、光軸から近い位置（Ｂ）から出射する光束の出射角度分布とを比較した場合、それらはかなり異なる。
【００９７】
ところで、一般に、液晶ライトバルブは視角依存性を有する。すなわち、液晶ライトバルブから出射する光線の角度によって、コントラスト特性、明るさの特性、分光特性等が異なる。したがって、図６（ｂ）に示す一般的なリレー光学系では、前段ライトバルブ（液晶ライトバルブ）の領域ごとに出射光束の出射角度成分が異なり、その結果、後段ライトバルブ（液晶ライトバルブ）の画面内で、表示画像の明るさ、色味、コントラストに分布（不均一性）が生じ、プロジェクタの画像表示品質の低下を招く可能性がある。
【００９８】
これに対して、図６（ａ）に示す両側テレセントリック性を有するリレー光学系では、前段ライトバルブ（液晶ライトバルブ）のどの領域の出射光束もほぼ同じ出射角度分布であるため、後段ライトバルブ（液晶ライトバルブ）の画面内における表示画像の明るさ、色味、コントラストが略均一であり、プロジェクタの画像表示品質が良好である。
【００９９】
さらに、図７（ａ）に示すように、両側テレセントリック性を有するリレー光学系では、後段ライトバルブの光軸方向の配置位置に誤差が生じても（図７（ａ）に示す、ＰＳ１→ＰＳ２）、主光線が光軸に対して平行なので、前段ライトバルブの像は多少ボケが生じるものの大きさはほとんど変わらない（図７（ａ）に示す、ＡＬ１≒ＡＬ２）。すなわち、後段ライトバルブの配置誤差が多少あっても、プロジェクタとしての画像表示品質はあまり低下しないので、製造マージンが大きい。
【０１００】
一方、図７（ｂ）に示すように、一般的なリレー光学系では、後段ライトバルブに上記と同等の配置誤差があった場合（図７（ｂ）に示す、ＰＳ１→ＰＳ２）、主光線が光軸に対して非平行なので、前段ライトバルブの像にボケと同時に大きさの変化が生じ（図７（ｂ）に示す、ＡＬ１＜ＡＬ２）、結果として画像表示品質が大きく低下する可能性がある。
【０１０１】
次に、表示制御装置２００の構成を図８〜図１２に基づき詳細に説明する。
【０１０２】
図８は、表示制御装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【０１０３】
表示制御装置２００は、図８に示すように、制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するＣＰＵ１７０と、所定領域にあらかじめＣＰＵ１７０の制御プログラム等を格納しているＲＯＭ１７２と、ＲＯＭ１７２等から読み出したデータやＣＰＵ１７０の演算過程で必要な演算結果を格納するためのＲＡＭ１７４と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するＩ／Ｆ１７８とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス１７９で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【０１０４】
Ｉ／Ｆ１７８には、外部装置として、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ１００）および色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ）を駆動するライトバルブ駆動装置１８０と、データやテーブル等をファイルとして格納する記憶装置１８２と、外部のネットワーク１９９に接続するための信号線とが接続されている。
【０１０５】
記憶装置１８２は、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動するためのＨＤＲ表示データを記憶している。
【０１０６】
ＨＤＲ表示データは、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットでは実現できない高い輝度ダイナミックレンジを実現することができる画像データであり、画素の輝度レベルを示す画素値を画像の全画素について格納している。本実施形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに輝度レベルを示す画素値を浮動小数点値として格納した形式を用いる。例えば、１つの画素の画素値として（１．２，５．４，２．３）という値が格納されている。
【０１０７】
ここで、ＨＤＲ表示データにおける画素ｐの輝度レベルをＲｐ、第２光変調素子の画素ｐに対応する画素の透過率をＴ１、第１光変調素子の画素ｐに対応する画素の透過率をＴ２とすると、下式（１），（２）が成立する。
Ｒｐ  ＝  Ｔｐ×Ｒｓ                                                  …（１）
Ｔｐ  ＝  Ｔ１×Ｔ２×Ｇ                                              …（２）
ただし、上式（１），（２）において、Ｒｓは光源の輝度、Ｇはゲインであり、いずれも定数である。また、Ｔｐは、光変調率である。
【０１０８】
なお、ＨＤＲ表示データの生成方法の詳細については、例えば、公知文献１「P.E.Debevec, J.Malik, "Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs", Proceedings of ACM SIGGRAPH97 , pp.367-378 (1997)」に掲載されている。
【０１０９】
また、記憶装置１８２は、輝度変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブル４００を記憶している。
【０１１０】
図９は、制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【０１１１】
制御値登録テーブル４００には、図９に示すように、輝度変調ライトバルブの各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、輝度変調ライトバルブの制御値を登録したフィールドと、輝度変調ライトバルブの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
【０１１２】
図９の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、透過率として「０．００３」がそれぞれ登録されている。これは、輝度変調ライトバルブに対して制御値「０」を出力すると、輝度変調ライトバルブの透過率が０．３％となることを示している。なお、図９は、輝度変調ライトバルブの階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、輝度変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が８ビットである場合は、２５６個のレコードが登録される。
【０１１３】
また、記憶装置１８２は、各色変調ライトバルブごとに、その色変調ライトバルブの制御値を登録した制御値登録テーブルを記憶している。
【０１１４】
図９は、液晶ライトバルブ６０Ｒの制御値を登録した制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【０１１５】
制御値登録テーブル４２０Ｒには、図１０に示すように、液晶ライトバルブ６０Ｒの各制御値ごとに１つのレコードが登録されている。各レコードは、液晶ライトバルブ６０Ｒの制御値を登録したフィールドと、液晶ライトバルブ６０Ｒの透過率を登録したフィールドとを含んで構成されている。
【０１１６】
図１０の例では、第１段目のレコードには、制御値として「０」が、透過率として「０．００４」がそれぞれ登録されている。これは、液晶ライトバルブ６０Ｒに対して制御値「０」を出力すると、液晶ライトバルブ６０Ｒの透過率が０．４％となることを示している。なお、図１０は、色変調ライトバルブの階調数が４ビット（０〜１５値）である場合の例を示したが、実際には、色変調ライトバルブの階調数に相当するレコードが登録される。例えば、階調数が８ビットである場合は、２５６個のレコードが登録される。
【０１１７】
また、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇに対応する制御値登録テーブルのデータ構造については特に図示しないが、制御値登録テーブル４２０Ｒと同様のデータ構造を有している。ただし、同一の制御値に対して異なる透過率が登録されている点が制御値登録テーブル４２０Ｒと異なる。
【０１１８】
次に、ＣＰＵ１７０の構成およびＣＰＵ１７０で実行される処理を説明する。
【０１１９】
ＣＰＵ１７０は、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）等からなり、ＲＯＭ１７２の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図１１のフローチャートに示す表示制御処理を実行するようになっている。
【０１２０】
図１１は、表示制御処理を示すフローチャートである。
【０１２１】
表示制御処理は、ＨＤＲ表示データに基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの制御値をそれぞれ決定し、決定した制御値に基づいて輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを駆動する処理であって、ＣＰＵ１７０において実行されると、図１１に示すように、まず、ステップＳ１００に移行するようになっている。
【０１２２】
ステップＳ１００では、ＨＤＲ表示データを記憶装置１８２から読み出す。
【０１２３】
次いで、ステップＳ１０２に移行して、読み出したＨＤＲ表示データを解析し、画素値のヒストグラムや、輝度レベルの最大値、最小値および平均値等を算出する。この解析結果は、暗めのシーンを明るくしたり、明るすぎるシーンを暗くしたり、中間部コントラストを協調するなどの自動画像補正に使用したり、トーンマッピングに使用したりするためである。
【０１２４】
次いで、ステップＳ１０４に移行して、ステップＳ１０２の解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルを投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングする。
【０１２５】
図１２は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
【０１２６】
ＨＤＲ表示データを解析した結果、ＨＤＲ表示データに含まれる輝度レベルの最小値がＳｍｉｎで、最大値がＳｍａｘであるとする。また、投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジの最小値がＤｍｉｎで、最大値がＤｍａｘであるとする。図１２の例では、ＳｍｉｎがＤｍｉｎよりも小さく、ＳｍａｘがＤｍａｘよりも大きいので、このままでは、ＨＤＲ表示データを適切に表示することができない。そこで、Ｓｍｉｎ〜ＳｍａｘのヒストグラムがＤｍｉｎ〜Ｄｍａｘのレンジに収まるように正規化する。
【０１２７】
なお、トーンマッピングの詳細については、例えば、公知文献２「F.Drago, K.Myszkowski, T.Annen, N.Chiba, "Adaptive Logarithmic Mapping For Displaying High Contrast Scenes", Eurographics 2003, (2003)」に掲載されている。
【０１２８】
次いで、ステップＳ１０６に移行して、色変調ライトバルブの解像度に合わせてＨＤＲ画像をリサイズ（拡大または縮小）する。このとき、ＨＤＲ画像のアスペクト比を保持したままＨＤＲ画像をリサイズする。リサイズ方法としては、例えば、平均値法、中間値法、ニアレストネイバー法（最近傍法）が挙げられる。
【０１２９】
次いで、ステップＳ１０８に移行して、リサイズ画像の画素の輝度レベルＲｐおよび光源１０の輝度Ｒｓに基づいて、上式（１）により、リサイズ画像の各画素ごとに光変調率Ｔｐを算出する。
【０１３０】
次いで、ステップＳ１１０に移行して、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２として初期値（例えば、０．２）を与え、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を仮決定する。
【０１３１】
次いで、ステップＳ１１２に移行して、算出した光変調率Ｔｐ、仮決定した透過率Ｔ２およびゲインＧに基づいて、上式（２）により、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する。ここで、色変調ライトバルブが３枚の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒから構成されていることから、同一の画素についてＲＧＢ３原色ごとに透過率Ｔ１'が算出される。これに対し、輝度変調ライトバルブが１枚の液晶ライトバルブ１００から構成されていることから、それらの平均値等をその画素のＴ１'として算出する。
【０１３２】
次いで、ステップＳ１１４に移行して、輝度変調ライトバルブの画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う色変調ライトバルブの画素について算出した透過率Ｔ１'の重み付け平均値をその画素の透過率Ｔ１として算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。
【０１３３】
次いで、ステップＳ１１６に移行して、輝度変調ライトバルブの画素ごとに、その画素について算出した透過率Ｔ１に対応する制御値を制御値登録テーブル４００から読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率Ｔ１に最も近似する透過率を制御値登録テーブル４００の中から検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、２分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。
【０１３４】
次いで、ステップＳ１１８に移行して、色変調ライトバルブの画素ごとに、その画素と光路上で重なり合う輝度変調ライトバルブの画素について決定した透過率Ｔ１の重み付け平均値を算出し、算出した平均値、ステップＳ１０８で算出した光変調率ＴｐおよびゲインＧに基づいて、上式（２）により、その画素の透過率Ｔ２を算出する。重み付けは、重なり合う画素の面積比により行う。
【０１３５】
次いで、ステップＳ１２０に移行して、色変調ライトバルブの画素ごとに、その画素について算出した透過率Ｔ２に対応する制御値を制御値登録テーブルから読み出し、読み出した制御値をその画素の制御値として決定する。制御値の読出では、算出した透過率Ｔ２に最も近似する透過率を制御値登録テーブルの中から検索し、検索により索出した透過率に対応する制御値を読み出す。この検索は、例えば、２分探索法を用いて行うことにより高速な検索を実現する。
【０１３６】
次いで、ステップＳ１２２に移行して、ステップＳ１１６，Ｓ１２０で決定した制御値をライトバルブ駆動装置１８０に出力し、色変調ライトバルブおよび輝度変調ライトバルブをそれぞれ駆動して表示画像を投影し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
【０１３７】
次に、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ）及び輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ１００）に書き込む画像データの生成過程を図１３〜図１６に基づき説明する。
【０１３８】
以下では、色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ）はいずれも、横１８画素×縦１２画素の解像度および４ビットの階調数を有し、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ１００）は、横１５画素×縦１０画素の解像度および４ビットの階調数を有する場合を例にとって説明を行う。
【０１３９】
表示制御装置２００では、ステップＳ１００〜Ｓ１０４を経て、ＨＤＲ表示データが読み出され、読み出されたＨＤＲ表示データが解析され、その解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルが投射型表示装置１の輝度ダイナミックレンジにトーンマッピングされる。次いで、ステップＳ１０６を経て、色変調ライトバルブの解像度に合わせてＨＤＲ画像がリサイズされる。
【０１４０】
次いで、ステップＳ１０８を経て、リサイズ画像の画素ごとに光変調率Ｔｐが算出される。例えば、リサイズ画像における画素ｐの光変調率Ｔｐは、画素ｐの輝度レベルＲｐ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が（１．２，５．４，２．３）、光源１０の輝度Ｒｓ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）が（10000，10000，10000）であるとすると、（１．２，５．４，２．３）／（10000，10000，10000）＝（0.00012，0.00054，0.00023）となる。
【０１４１】
図１３は、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
【０１４２】
次いで、ステップＳ１１０を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２が仮決定される。色変調ライトバルブの左上４区画の画素をｐ２１（左上）、ｐ２２（右上）、ｐ２３（左下）、ｐ２４（右下）とした場合、画素ｐ２１〜ｐ２４の透過率Ｔ２には、図１３に示すように、初期値Ｔ２０が与えられる。
【０１４３】
図１４は、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する場合を示す図である。
【０１４４】
次いで、ステップＳ１１２を経て、色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'が算出される。画素ｐ２１〜ｐ２４に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１１〜Ｔ１４は、図１４に示すように、画素ｐ２１〜ｐ２４の光変調率をＴｐ１〜Ｔｐ４、ゲインＧを「１」とすると、下式（３）〜（６）により算出することができる。
【０１４５】
実際に数値を用いて計算する。Ｔｐ１＝0.00012、Ｔｐ２＝0.05、Ｔｐ３＝0.02、Ｔｐ４＝0.01、Ｔ２０＝0.1である場合は、下式（３）〜（６）によりＴ１１＝0.0012、Ｔ１２＝0.5、Ｔ１３＝0.2、Ｔ１４＝0.1となる。
Ｔ１１  ＝  Ｔｐ１／Ｔ２０                                            …（３）
Ｔ１２  ＝  Ｔｐ２／Ｔ２０                                            …（４）
Ｔ１３  ＝  Ｔｐ３／Ｔ２０                                            …（５）
Ｔ１４  ＝  Ｔｐ４／Ｔ２０                                            …（６）
図１５は、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【０１４６】
次いで、ステップＳ１１４を経て、輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１が決定される。色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブは、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５によって構成されるリレー光学系によって互いに倒立する関係にあるので、色変調パネル左上４区画の画素は輝度変調ライトバルブの右下部に結像される。輝度変調ライトバルブの右下４区画の画素をｐ１１（右下）、ｐ１２（左下）、ｐ１３（右上）、ｐ１４（左上）とした場合、画素ｐ１１は、図１５（ａ）に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素ｐ２１〜画素ｐ２４と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が１８×１２で、輝度変調ライトバルブの解像度が１５×１０であるので、画素ｐ１１は、色変調ライトバルブの画素数の最小公倍数に基づいて６×６の矩形領域に区分することができる。そして、画素ｐ１１と画素ｐ２１〜ｐ２４との重なり合う面積比は、図１５（ｂ）に示すように、２５：５：５：１となる。したがって、画素ｐ１１の透過率Ｔ１５は、図１５（ｃ）に示すように、下式（７）により算出することができる。
【０１４７】
実際に数値を用いて計算する。Ｔ１１＝0.0012、Ｔ１２＝0.5、Ｔ１３＝0.2、Ｔ１４＝0.002である場合は、下式（７）によりＴ１５＝0.1008となる。
【０１４８】
Ｔ１５＝（Ｔ１１×２５＋Ｔ１２×５＋Ｔ１３×５＋Ｔ１４×１）／３６  …（７）
画素ｐ１２〜ｐ１４の透過率Ｔ１６〜Ｔ１８についても、画素ｐ１１と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
【０１４９】
次いで、ステップＳ１１６を経て、輝度変調ライトバルブの画素ごとに、その画素について算出された透過率Ｔ１に対応する制御値が制御値登録テーブル４００から読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、Ｔ１５＝0.1008であるので、制御値登録テーブル４００を参照すると、図９に示すように、0.09が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル４００からは、画素ｐ１１の制御値として「８」が読み出される。
【０１５０】
図１６は、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
【０１５１】
次いで、ステップＳ１１８を経て、色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２が決定される。画素ｐ２４は、図１６（ａ）に示すように、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度が異なることから、画素ｐ１１〜画素ｐ１４と光路上で重なり合う。色変調ライトバルブの解像度が１８×１２で、輝度変調ライトバルブの解像度が１５×１０であるので、画素ｐ２４は、輝度変調ライトバルブの画素数の最小公倍数に基づいて５×５の矩形領域に区分することができる。そして、画素ｐ２４と画素ｐ１１〜ｐ１４との重なり合う面積比は、図１６（ｂ）に示すように、１：４：４：１６となる。したがって、画素ｐ２４に着目した場合、これに対応する輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１９は、下式（８）により算出することができる。そして、画素ｐ２４の透過率Ｔ２４は、ゲインＧを「１」とすると、図１６（ｃ）に示すように、下式（９）により算出することができる。
【０１５２】
実際に数値を用いて計算する。Ｔ１５＝0.09、Ｔ１６＝0.33、Ｔ１７＝0.15、Ｔ１８＝0.06、Ｔｐ４＝0.01である場合は、下式（８），（９）によりＴ１９＝0.1188、Ｔ２４＝0.0842となる。
Ｔ１９＝（Ｔ１５×１＋Ｔ１６×４＋Ｔ１７×４＋Ｔ１８×１６）／２５    …（８）
Ｔ２４＝Ｔｐ４／Ｔ１９                                                …（９）
画素ｐ２１〜ｐ２３の透過率Ｔ２１〜Ｔ２３についても、画素ｐ２４と同様に、面積比による重み付け平均値を算出することにより求めることができる。
【０１５３】
次いで、ステップＳ１２０を経て、色変調ライトバルブの各画素ごとに、その画素について算出された透過率Ｔ２に対応する制御値が制御値登録テーブルから読み出され、読み出された制御値がその画素の制御値として決定される。例えば、液晶ライトバルブ６０Ｒの画素ｐ２４についてＴ２４＝0.0842である場合、制御値登録テーブル４２０Ｒを参照すると、図１０に示すように、0.07が最も近似した値となる。したがって、制御値登録テーブル４２０Ｒからは、画素ｐ２４の制御値として「７」が読み出される。
【０１５４】
そして、ステップＳ１２２を経て、決定された制御値がライトバルブ駆動装置１８０に出力される。これにより、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ１００）および色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）がそれぞれ駆動して表示画像がスクリーン上に投射される。
【０１５５】
以上の様な構成の投射型表示装置１に依れば次のような効果を奏する。第１光変調素子としての液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及び光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の後段に、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５を介して第２光変調素子としての液晶ライトバルブ１００を配置したので、液晶ライトバルブ１００を、ダイクロイックミラー３０，３５と、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの前段に配置する従来の類似の光学系と比較した場合、反射ミラー３６、リレー光学系４０、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ等の光学系が介在しないため、２つの光変調素子間の距離を短くすることが可能である。これにより、伝達光の光学収差を低減することができ結像（伝達）精度を向上することが可能となるとともに、光学収差の補正のために複雑な光学系を必要としないのでコスト低減も可能となる。
【０１５６】
また、直列に配置された２つの光変調素子（色変調ライトバルブ及び輝度変調ライトバルブ）を介して光源１０からの光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができる。
［第１の実施形態の変形例１］
上記第１の実施形態においては、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとのそれぞれの距離をＬＢ，ＬＧ，ＬＲとしたときに、ＬＢ＝ＬＧ＝ＬＲ（等距離）となるように、各液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを配置する構成としたが、これに限定されない。各レンズや光合成用のクロスダイクロイックプリズム等を形成する材質は各種の波長依存性（例えば、屈折率）を有するため、第１光変調素子と第２光変調素子間において正確且つ高い効率での光学像（光強度分布）伝達を実現するためには、波長依存性の影響や伝達過程で発生しやすい光学収差を低減する必要がある。それを実現する方策の一つとして、上記３つの距離ＬＢ，ＬＧ，ＬＲが互いに異なるように、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０に対して３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを配置した構成を採用することができる。例えば、上記光合成用クロスダイクロイックプリズム８０を構成する材質の屈折率の波長依存性が、短波長側で屈折率が大きく、長波長側で屈折率が小さい場合（大部分のガラスはこの傾向にある）には、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと液晶ライトバルブ１００との間の距離を波長の短い光に対応するものほど短いものとすることで、屈折率の波長依存性による光学収差を低減することが可能である。したがって、図１９に示すように、色光毎に光路が分離されている光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとのそれぞれの距離を、ＬＢ＜ＬＧ＜ＬＲの関係となるように液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを配置する構成とすることができる。
［第２の実施形態］
更に、本発明に係る光学表示装置及び投射型表示装置の第２の実施形態を、図１７に基づき説明する。図１７は、分光用クロスダイクロイックプリズムで分光した３つの色光をそれぞれ同じ光路長で、色光の合成を行う光合成用クロスダイクロイックプリズムに伝達することが可能な投射型表示装置１３０の主たる光学構成を示す図である。ここで、上記第１の実施形態における投射型表示装置１と同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１５７】
投射型表示装置１３０は、光源１０と、光分離手段である分光用クロスダイクロイックプリズム３００と、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒと、リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒと、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒと、光合成手段である光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、射出側レンズ９５と、液晶ライトバルブ１００と、投射レンズ１１０と、を含んだ構成となっている。
【０１５８】
分光用クロスダイクロイックプリズム３００は光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と同様に三角柱形状の４つのプリズムを接合して成る６面体形状を有しており、内部に青光反射ダイクロイック膜と赤光反射ダイクロイック膜が断面Ｘ字状に配置されている。すなわち、液晶ライトバルブ６０Ｂのある方向に青色光を反射するための青光反射ダイクロイック膜３１０がプリズムの接合面に形成され、液晶ライトバルブ６０Ｒのある方向に赤色光を反射するための赤光反射ダイクロイック膜３２０がプリズムの接合面に形成されている。これにより、光源からの白色光を光の３原色であるＲＧＢの３つの色光に分光し、それぞれの色光を対応する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに向けて射出する。ここで、上記した６面のうち、光源１０からの白色光を入射する面を入射面３００ａ、白色光を３原色の光に分光した後の、青色光を射出する面を第１射出面３００ｂ、緑色光を射出する面を第２射出面３００ｃ及び赤色光を射出する面を第３射出面３００ｄと各々称すこととする。また、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の上記６面のうち、合成光を射出する面を射出面８０ａ、青色光を入射する面を第１入射面８０ｂ、緑色光を入射する面を第２入射面８０ｃ及び赤色光を入射する面を第３入射面８０ｄと各々称すこととする。
【０１５９】
分光用クロスダイクロイックプリズム３００と光合成用クロスダイクロイックプリズム８０とは、各々の内部に存在する２つのダイクロイック膜による交線の延長線が略同一線上に位置し、且つ、分光用クロスダイクロイックプリズム３００の入射面３００ａと光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の射出面８０ａとが略同一平面上に位置するように、換言すればＹ軸方向に積み上げられたような位置関係で配置される。この配置関係により、入射面３００ａと射出面８０ａ、第１射出面３００ｂと第１入射面８０ｂ、第２射出面３００ｃと第２入射面８０ｃ、第３射出面３００ｄと第３入射面８０ｄは、各々対となってＹ軸方向に近接して位置することになり、分光用クロスダイクロイックプリズム３００から光合成用クロスダイクロイックプリズム８０に至る３つの色光の光路をほぼ同じ長さに設定することができる。
【０１６０】
入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒは、投射型表示装置１における入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒと同様の機能を有するもので、すなわち、対応する各液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒによって変調された各色の変調光を各々の光路上に存在するリレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒに効率よく入射させる機能を有し、各々の変調光を集光して対応するリレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒに入射させる。
【０１６１】
反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒは、各入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒからの色光を対応するリレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒにその光路を折り曲げて導き入れる機能を有する。同様に、反射ミラー３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒも、各リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒからの色光を光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の対応する第１入射面８０ｂ、第２入射面８０ｃ、第３入射面８０ｄにその光路を折り曲げて導き入れる機能を有する。
【０１６２】
リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒは、投射型表示装置１におけるリレーレンズ９０と同様の機能を有するもので、すなわち、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示面上に形成された３つの光学像（光強度分布）を液晶ライトバルブ１００の表示面上にその強度分布をほぼ保存した状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく正確に伝達する機能を有し、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒからの各色光を入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒや光合成用クロスダイクロイックプリズム８０などを経て液晶ライトバルブ１００に導き入れる。
【０１６３】
ここで、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒから液晶ライトバルブ１００に至る各色光の光路長をＬ１（青光）、Ｌ２（緑光）、Ｌ３（赤光）とする。例えば、青光の光路長Ｌ１とは、液晶ライトバルブ６０Ｂの表示面から反射ミラー３８０Ｂ、リレーレンズ３７５Ｂ、反射ミラー３８５Ｂ、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０を経て液晶ライトバルブ１００の表示面に至る光路の長さを意味する。そして、投射型表示装置１３０においては、３つの光路長が略等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）ように、リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒや反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒは配置されている。
【０１６４】
次に、投射型表示装置１３０の全体的な光伝達の流れを説明する。光源１０からの白色光は分光用クロスダイクロイックプリズム３００の入射面３００ａから入射され、分光用クロスダイクロイックプリズム３００で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色の光に分光されるとともに、これら分光された３原色の光のうち青色光、緑色光及び赤色光を、それぞれ第２〜第４射出面３００ｂ〜３００ｄから射出する。第２〜第４射出面３００ｂ〜３００ｄから射出された青色光、緑色光及び赤色光は、それぞれ液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒ（色変調ライトバルブ）に入射される。
【０１６５】
液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射した各々の色光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調され、光学像を内包した変調光として射出される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒからの各変調光は、各光路上に配置された入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ、リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ、反射ミラー３８５Ｂ、３８５Ｇ，３８５Ｒを介して光合成用ダイクロイックプリズム８０の第１〜第３入射面８０ｂ〜８０ｄに入射する。
【０１６６】
光合成用ダイクロイックプリズム８０の第１〜第３入射面８０ｂ〜８０ｄに入射した３つの色光はそこで一つの光に合成され、射出側レンズ９５を介して液晶ライトバルブ１００に入射される。液晶ライトバルブ１００に入射した合成光は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射部１１０へ射出される。そして、投射部１１０において、液晶ライトバルブ１００からの最終的な合成光を図示しないスクリーン上に投射し所望の画像を表示する。
【０１６７】
また、投射型表示装置１３０は、上記第１の実施形態における投射型表示装置１と同様に、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ、６０Ｒおよび液晶ライトバルブ１００を制御する表示制御装置２００（不図示）を有しているが、その動作は上記第１の実施形態における投射型表示装置１と同様であるので、記載を省略する。
【０１６８】
以上の様な構成の投射型表示装置１３０に依れば次のような効果を奏する。光分離手段として２種類のダイクロイック膜を断面Ｘ字状に内蔵した分光用クロスダイクロイックプリズム３００を用いているので、光源１０と３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとの距離をほぼ等しく設定でき、光変調により画像形成を行う各液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに光強度分布が揃った照明光を入射させられる。これにより、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ間で発生し易い照度ムラ（これは最終的に色ムラとなって視認される）を低減でき、高品位な画像を形成できる。
【０１６９】
また、分光用クロスダイクロイックプリズム３００と光合成用クロスダイクロイックプリズム８０とをＹ軸方向に積み上げたような位置関係で配置しているため、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒから液晶ライトバルブ１００に至る光路長を各色光間で容易に等しくできる。これにより、第１光変調素子である３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで形成した光学像（光強度分布）を第２光変調素子である液晶ライトバルブ１００に正確且つ効率よく伝達することが出来る。
【０１７０】
なお、２つの光変調素子間の伝達過程では光学収差の発生により伝達精度の悪化を生じ易い。この点については、プリズムやレンズの構成材料であるガラスやプラスチックがその光学特性に波長依存性を有する点に着目し、入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒやリレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ及び射出側レンズ９５などの材質やレンズ曲率（含む非球面化やアクロマート化）などの光学特性、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の材質や寸法形状などを個別に最適化して、発生する光学収差を低減し、伝達精度と伝達効率を向上させることが重要である。さらに、同様の観点で、各光路長Ｌ１〜Ｌ３を互いに僅かに異なるように設定しても良い。
［第２の実施形態の変形例］
図１８にその主たる光学構成を示す投射型表示装置１４０の様に、第２の実施形態で説明した投射型表示装置１３０の分光用クロスダイクロイックプリズムと光合成用クロスダイクロイックプリズムとを一体化しても良い。投射型表示装置１３０の分光用クロスダイクロイックプリズム３００と光合成用クロスダイクロイックプリズム８０に内蔵された２つのダイクロイック膜は、Ｙ軸方向に沿って見た場合、同じ配置関係にある。換言すれば、分光用クロスダイクロイックプリズム３００中の青光反射ダイクロイック膜と光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の青光反射ダイクロイック膜とは略同一平面上にあり、赤光反射ダイクロイック膜についても同様である。したがって、投射型表示装置１３０における分光用クロスダイクロイックプリズム３００と、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０とを一体化し分光及び合成用クロスダイクロイックプリズム３９０とすることができる。これにより、光学部品を削減して、装置の低コスト化を実現できる。
［その他の変形例１］
上記第１の実施形態においてはクロスダイクロイックプリズムを用いて光合成手段を構成し、また、上記第２の実施形態においてはクロスダイクロイックプリズムを用いて光分離手段及び光合成手段を構成しているが、これらに限らず、図２０に示すようなクロスダイクロイックミラー８５をクロスダイクロイックプリズムに代えて用いても良い。クロスダイクロイックミラー８５は、青光反射ダイクロイック膜８１や赤光反射ダイクロイック膜８２が形成された、ガラスやプラスチック等の板状の透明媒質８６をＸ字状に配置した光学素子であり、基本的にはクロスダイクロイックプリズムと同等の機能を有する。これにより、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合よりも光合成手段や光分離手段を軽量化でき且つ安価に構成することが可能である。なお、クロスダイクロイックミラー８５を透明な液体を内部に充填した立方体の中に配置した、いわゆる、液浸構造のクロスダイクロイックミラーとしても良い。その場合には、クロスダイクロイックプリズムと同等の光学性能を、クロスダイクロイックプリズムに比して安価に実現することができる。
［その他の変形例２］
上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態においては、第１光変調素子である液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ（色変調ライトバルブ）と第２光変調素子である液晶ライトバルブ１００（輝度変調ライトバルブ）として、何れも同じ寸法形状（表示面の寸法形状が同じである）の液晶ライトバルブを用いていたが、これに限定されない。例えば、図２１に示す投射型表示装置１５０のように、上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態における、各投射型表示装置の輝度変調ライトバルブである液晶ライトバルブ１００の寸法を色変調ライトバルブである３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの寸法よりも小さくした構成とすることも可能である。この場合、色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブの解像度とが同じであると、色変調ライトバルブの表示面の寸法と、輝度変調ライトバルブの表示面の寸法とが一致しなくなるので、伝達過程において光学像の大きさを伝達先の輝度変調ライトバルブの大きさに合わせて変える必要がある。
【０１７１】
以上のような構成の投射型表示装置１５０に依れば、輝度変調ライトバルブの小型化に応じて投射レンズ１１０を小型化することが可能であり、従って、投射レンズ１１０のコスト低減や軽量化ができるという効果が得られる。
【０１７２】
なお、投射型表示装置１５０とは逆に、輝度変調ライトバルブの寸法を色変調ライトバルブよりも大きくした構成とすることも可能である。この様な構成を備えた例については後述する。
［その他の変形例３］
上記第１の実施形態では、第１光変調素子である液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ（色変調ライトバルブ）の解像度が、第２光変調素子である液晶ライトバルブ１００（輝度変調ライトバルブ）よりも高い場合を例に取り説明したが、２つの光変調素子（色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブ）の解像度は同じであっても、或いは、違っていても良い。但し、両者の解像度が異なる場合には、第１の実施形態で説明したように、表示画像データの解像度を変換する必要がある。
【０１７３】
例えば、輝度変調ライトバルブが、色変調ライトバルブの表示解像度よりも高い表示解像度を有していれば、色変調ライトバルブから輝度変調ライトバルブまでの光伝達におけるＭＴＦ(Modulation Trasfer Function)を高く設定する必要がなくなるため、介在するリレー光学系の伝達性能をそれほど高くする必要が無く、リレー光学系を比較的安価に構成できる。
【０１７４】
一方、色変調ライトバルブが、輝度変調ライトバルブの表示解像度よりも高い表示解像度を有していれば、通常、表示画像データは、色変調ライトバルブの表示解像度に合わせて用意されるため、解像度の変換処理を輝度変調ライトバルブの表示解像度に合わせて１回行うだけで済むため、表示画像データの変換処理が容易となる。
［第３の実施形態］
本発明の内容は、第２光変調素子上に形成された最終的な光学像（表示画面）を拡大せずに直接見る、いわゆる直視型の液晶表示装置（光学表示装置）に適用することも可能である。すなわち、図２２に示すように、上記第１の実施形態及び上記第２の実施形態で説明してきた各投射型表示装置における投射レンズ１１０を取り除き、液晶表示装置（光学表示装置）１６０とすることも可能である。この様な構成においては、液晶表示装置１６０は、輝度変調ライトバルブが画像の表示画面となるので、その寸法を色変調ライトバルブよりも大きく、また、解像度も高くした構成が好ましい。
【０１７５】
液晶表示装置１６０では、色変調ライトバルブの大型化に合わせて射出側レンズ９５も大きくする必要があるが、図２２に示すように、射出側レンズ９５をフレネルレンズ化した射出側レンズ９６とすることでコストの増加を抑えることが可能である。
【０１７６】
以上の実施形態及び変形例において、図１に示す、光源１０は、発明１〜４のいずれか一つの光源に対応し、投射レンズ１１０は、発明１４の投射手段に対応する。
【０１７７】
また、図１及び図３に示す、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明１、２、７及び１０〜１６のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、リレーレンズ９０は、発明１、２及び９のいずれか一つのリレーレンズに対応し、液晶ライトバルブ１００は、発明１、２、９、１０及び１３〜１６のいずれか一つの第２光変調素子に対応し、ダイクロイックミラー３０，３５と、反射ミラー３６と、リレー光学系４０とよる光源１０からの白色光をＲＧＢ３原色の光にそれぞれ分光する処理は、発明２の光分離手段に対応し、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒは、発明７又は８の第１集光レンズに対応し、射出側レンズ９５は、発明９の第２集光レンズに対応する。
【０１７８】
また、図１〜図３に示す、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、発明１、２及び７のいずれか一つの光合成手段に対応する。
【０１７９】
また、図１７及び図１８に示す、光源１０は、発明２、３及び４のいずれか一つの光源に対応し、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明２、３、７及び１０〜１６のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、入射側レンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒと、リレーレンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒとは、発明７又は８の第１集光レンズに対応し、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒは、発明３又は４の光伝達手段に対応し、射出側レンズ９５は、発明９の第２集光レンズに対応し、液晶ライトバルブ１００は、発明２、６、９、１０及び１３〜１６のいずれか一つの第２光変調素子に対応し、投射レンズ１１０は、発明１７の投射手段に対応する。
【０１８０】
また、図１７に示す、分光用クロスダイクロイックプリズム３００は、発明２〜４のいずれか一つの光分離手段に対応し、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、発明２〜４のいずれか１の光合成手段に対応する。
【０１８１】
また、図１８に示す、分光及び合成用クロスダイクロイックプリズム３９０は、発明６の光分離手段及び光合成手段に対応する。
【０１８２】
また、図１９に示す、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明１、２、３、７及び１０〜１６のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒは、発明７又は８の第１集光レンズに対応し、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、発明１、２及び７のいずれか一つの光合成手段に対応し、リレーレンズ９０は、発明１、２及び７のいずれか一つのリレーレンズに対応し、射出側レンズ９５は、発明７の第２集光レンズに対応し、液晶ライトバルブ１００は、発明１、２、９、１０及び１３〜１６のいずれか一つの第２光変調素子に対応し、投射レンズ１１０は、発明１７の投射手段に対応する。
【０１８３】
また、図２０に示す、クロスダイクロイックミラー８５は、発明５のクロスダイクロイックミラーに対応する。
【０１８４】
また、図２１に示す、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明１、２、３、７及び１０〜１６のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒは、発明７又は８の第１集光レンズに対応し、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、発明１、２及び７のいずれか一つの光合成手段に対応し、リレーレンズ９０は、発明１、２及び７のいずれか一つのリレーレンズに対応し、射出側レンズ９５は、発明９の第２集光レンズに対応し、液晶ライトバルブ１００は、発明１、２、９、１０及び１３〜１６のいずれか一つの第２光変調素子に対応し、投射レンズ１１０は、発明１７の投射手段に対応する。
【０１８５】
また、図２２に示す、光源１０は、発明１〜４のいずれか一つの光源に対応し、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明１、２、３、７及び１０〜１６のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、入射側レンズ７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒは、発明７又は８の第１集光レンズに対応し、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、発明１、２及び７のいずれか一つの光合成手段に対応し、リレーレンズ９０は、発明１、２及び７のいずれか一つのリレーレンズに対応し、射出側レンズ９６は、発明９の第２集光レンズに対応し、液晶ライトバルブ１００は、発明１、２、９、１０及び１３〜１６のいずれか一つの第２光変調素子に対応する。
【０１８６】
また、本文中に記載の、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５を含んで構成される光伝達系に適用する非球面レンズは、発明１１の非球面レンズに対応し、リレーレンズ９０及び射出側レンズ９５を含んで構成される光伝達系に適用するアクロマートレンズは、発明１２のアクロマートレンズに対応する。
【０１８７】
なお、上記実施の形態においては、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブを用いて光の輝度を２段階に変調するように構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブを２セット用いて光の輝度を２段階に変調するように構成することもできる。
【０１８８】
また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ、１００としてアクティブマトリックス型の液晶表示素子を用いて構成したが、これに限らず、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ、１００としてパッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子を用いて構成することもできる。アクティブマトリックス型の液晶表示は、精密な階調表示ができるという利点があり、パッシブマトリックス型の液晶表示素子およびセグメント型の液晶表示素子は、安価に製造できるという利点を有する。
【０１８９】
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１，１３０〜１５０及び液晶表示装置１６０は、透過型の光変調素子を設けて構成したが、これに限らず、輝度変調ライトバルブまたは色変調ライトバルブをＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の反射型の光変調素子で構成することもできる。
【０１９０】
また、上記実施の形態において、図１１のフローチャートに示す処理を実行するにあたっては、ＲＯＭ１７２にあらかじめ格納されている制御プログラムを実行する場合について説明したが、これに限らず、これらの手順を示したプログラムが記憶された記憶媒体から、そのプログラムをＲＡＭ１７４に読み込んで実行するようにしてもよい。
【０１９１】
ここで、記憶媒体とは、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体記憶媒体、ＦＤ、ＨＤ等の磁気記憶型記憶媒体、ＣＤ、ＣＤＶ、ＬＤ、ＤＶＤ等の光学的読取方式記憶媒体、ＭＯ等の磁気記憶型／光学的読取方式記憶媒体であって、電子的、磁気的、光学的等の読み取り方法のいかんにかかわらず、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体であれば、あらゆる記憶媒体を含むものである。
【０１９２】
また、上記実施の形態においては、光源１０として白色光を射出する単体の光源を用い、この白色光をＲＢＧの３原色の光に分光するようにしているが、これに限らず、ＲＢＧの３原色にそれぞれ対応した、赤色の光を射出する光源、青色の光を射出する光源及び緑色の光を射出する光源の３つの光源を用い、白色光を分光する手段を取り除いた構成としても良い。
【０１９３】
また、上記実施の形態においては、前段の液晶ライトバルブの光学像を後段の液晶ライトバルブに結像するためのリレー光学系として、主に透過型のリレー素子（レンズ）を用いているが、これに限らず、主に反射型のリレー素子（ミラー）を用いても良い。
【０１９４】
図２３〜図２５は、ミラーから構成される反射型のリレー光学系の構成例を模式的に示している。
図２３のリレー光学系は、１つの凹面ミラー５００を介して、前段ライトバルブ５０１の光学像を後段ライトバルブ５０２上に結像させる構成からなる。すなわち、このリレー光学系では、１回の反射によって結像関係（２つのライトバルブ５０１，５０２がほぼ共役となる関係）を完成させている。凹面ミラー５００は、球面ミラーでもよく、軸対称性のない非球面ミラーでもよい。
【０１９５】
図２４及び図２５のリレー光学系は、高い結像性能を得るために、複数回の反射によって結像関係を完成させる構成からなる。つまり、図２４及び図２５のリレー光学系では、光路上に複数の反射型光学素子（ミラー）を配置することで、収差補正を行い、リレー光学系の結像性能を向上させている。さらに、この場合、平面ミラーを含むことにより、レイアウトの自由度の向上が図られる。
【０１９６】
具体的には、図２４のリレー光学系は、２つの凹面ミラー５１０，５１１と、凹面ミラー５１０の反射光を凹面ミラー５１１に導くための平面ミラー５１２とを有する。前段ライトバルブ５０１からの光束は、凹面ミラー５１０、平面ミラー５１２、凹面ミラー５１１の順に反射した後、後段ライトバルブ５０２に入射する。なお、本例では、平面ミラー５１２は、絞りに相当する機能を有する。また、凹面ミラー５１０と凹面ミラー５１１とは一体構成であってもよい。
【０１９７】
図２５のリレー光学系は、２つの凹面ミラー５２０，５２１と、２つの平面ミラー５２２，５２３とを有する。前段ライトバルブ５０１からの光束は、凹面ミラー５２０、平面ミラー５２２、平面ミラー５２３、凹面ミラー５２１の順に反射した後、後段ライトバルブ５０２に入射する。平面ミラー５２２と平面ミラー５２３との間の光路上に絞りを配置してもよい。
【０１９８】
こうした反射型のリレー光学系は、収差（例えば色収差）の低減に有利である。すなわち、反射型のリレー光学系では、透過型のリレー素子（レンズ）を用いることに起因する収差（例えば色収差）の発生が回避される。
【０１９９】
また、図２４及び図２５に示すリレー光学系は、複数のミラーを用いることにより、両側テレセントリック性を有している。そのため、後段ライトバルブの画面上に結像される像の、明るさ、色味、コントラスト等の均一化が確実に図られ、画像表示品質が良好なものとなる。
【０２００】
なお、図２４及び図２５のリレー光学系では、平面ミラーに代えて凹面ミラーや凸面ミラー（それぞれ非球面ミラーを含む）を用いることにより、像面の収差補正を行いやすい構成とすることもできる。
【０２０１】
また、上記反射型のリレー光学系に用いるミラーは、基板上にアルミニウムや銀などの金属膜を形成した形態の他に、誘電体多層膜による反射膜（増反射膜）を有する形態、両者を組み合わせた形態等が適用される。誘電体多層膜による反射膜は、例えば、ガラスやシリコンなどの基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層することにより形成でき、膜境界面での反射光による干渉を利用して高い反射率を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】本発明に係る投射型表示装置１の主たる光学構成を示す図である。
【図２】ダイクロイックプリズム８０の構成を示す図である。
【図３】光学像を等倍で伝達するリレー光学系の一例を示す図である。
【図４】両側テレセントリック性を有するリレー光学系の構成例を示す図である。
【図５】図４のリレー光学系の動作原理を示す図である。
【図６】テレセントリック性の説明図である。
【図７】テレセントリック性の説明図である。
【図８】表示制御装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図９】制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【図１０】制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【図１１】表示制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】トーンマッピング処理を説明するための図である。
【図１３】色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を仮決定する場合を示す図である。
【図１４】色変調ライトバルブの画素単位で輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１'を算出する場合を示す図である。
【図１５】輝度変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ１を決定する場合を示す図である。
【図１６】色変調ライトバルブの各画素の透過率Ｔ２を決定する場合を示す図である。
【図１７】本発明に係る投射型表示装置１３０の主たる光学構成を示す図である。
【図１８】本発明に係る投射型表示装置１４０の主たる光学構成を示す図である。
【図１９】は、合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとのそれぞれの距離を変えた一構成例を示す図である。
【図２０】クロスダイクロイックミラー８５の構成を示す図である。
【図２１】本発明に係る投射型表示装置１５０の主たる光学構成を示す図である。
【図２２】本発明に係る液晶表示装置１６０の主たる光学構成を示す図である。
【図２３】ミラーから構成される反射型のリレー光学系の構成例を模式的に示す図である。
【図２４】ミラーから構成される反射型のリレー光学系の構成例を模式的に示す図である。
【図２５】ミラーから構成される反射型のリレー光学系の構成例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【０２０３】
１，１３０，１４０，１５０…投射型表示装置、１０…光源、１１…光源ランプ、１２…リフレクタ、２０…インテグレータ、３０，３５…クロスダイクロイックミラー、４０…リレー光学系、４１…入射側レンズ、４２…リレーレンズ、４５，４６…反射ミラー、５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ…平行化レンズ、６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ…液晶ライトバルブ、８０…クロスダイクロイックプリズム、８１…青光反射ダイクロイック膜、８２…赤光反射ダイクロイック膜、７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ…入射側レンズ（リレー光学系）、８５…クロスダイクロイックミラー、９０…リレーレンズ（リレー素子、リレー光学系）、９５…射出側レンズ（リレー光学系）、１００…液晶ライトバルブ、１１０…投射レンズ、１７０…ＣＰＵ、１７２…ＲＯＭ、１７４…ＲＡＭ、１７８…Ｉ／Ｆ、１７９…バス、１８０…ライトバルブ駆動装置、１８２…記憶装置、１９９…ネットワーク、４００，４２０Ｒ…制御値登録テーブル、３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ…入射側レンズ、３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ…リレーレンズ、３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒ…反射ミラー
【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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