(57)【要約】【課題】白色光を変調する第１光変調素子と波長分離された色光毎に変調する第２光変調素子とを直列に配して、２段階で光変調することで表示画像を高画質化すると共に、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、液晶ライトバルブ３０と、入射側レンズ５０と、分光用クロスダイクロイックプリズム７０と、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒと、射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒと、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒと、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、投射レンズ１１０と、を含んだ構成とし、各分離光の光路長が同一又はほぼ同一となるように上記各反射ミラーを配置した。【選択図】      図１
2005227695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光の光伝搬特性を制御する第１光変調素子と、
前記第１光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離して分離光を射出する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性を制御する複数の第２光変調素子と、
前記各第２光変調素子からの光を合成して合成光を射出する光合成手段と、を備え、表示画像データに基づき前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光分離手段は、前記第１光変調素子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前記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２光変調素子を配置したことを特徴とする光学表示装置。
【請求項２】
前記光分離手段の各射出面と前記各第２光変調素子との間に、少なくとも１つのリレーレンズを設けたことを特徴とする請求項１記載の光学表示装置。
【請求項３】
前記光分離手段の入射側に第１集光レンズを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光学表示装置。
【請求項４】
前記各第２光変調素子の入射側に第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３のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項５】
前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面Ｘ字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項６】
前記光分離手段及び前記光合成手段のうち少なくとも一方は、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された２枚の平板を断面Ｘ字状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１乃至請求項４のいずれか１項に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、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１乃至請求項６のいずれか１項に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を分離して設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項９】
前記光分離手段及び前記光合成手段を、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面Ｘ字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムから構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の内部に存在する前記２つのダイクロイック膜によって形成される交線と、前記光合成手段の内部に存在する前記２つのダイクロイック膜によって形成される交線とが同一線上又は略同一線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１０】
前記光分離手段及び前記光合成手段を、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された２枚の平板を断面Ｘ字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線と、前記光合成手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線とが同一線上又は略同一直線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１１】
前記リレーレンズは、前記分離光の光路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２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】
前記第２集光レンズは、前記分離光の光路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４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】
前記各分離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、前記分離光の光路毎に異ならせ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１５のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１７】
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か或いは同じ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１５のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１８】
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１７のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項１９】
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いか或いは同じにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光学表示装置。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１９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。
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。
【０００５】
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１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２光変調素子とを備え、光源からの光を第１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２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１光変調素子および第２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率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、透過率変調素子の代わりに反射率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。
【０００６】
いま、暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％の光変調素子を使用する場合を考える。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】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の発明においては、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。
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、白色光を変調する第１光変調素子と波長分離された色光毎に変調する第２光変調素子とを直列に配して、２段階で光変調することで表示画像を高画質化すると共に、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】
【０００８】
〔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、光源からの光の光伝搬特性を制御する第１光変調素子と、
前記第１光変調素子からの光を異なる複数の特定波長領域の光に分離して分離光を射出する光分離手段と、
前記光分離手段からの分離光の光伝搬特性を制御する複数の第２光変調素子と、
前記各第２光変調素子からの光を合成して合成光を射出する光合成手段と、を備え、表示画像データに基づき前記光源からの光を変調して画像を表示する装置であって、
前記光分離手段は、前記第１光変調素子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前記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２光変調素子を配置したことを特徴としている。
【０００９】
このような構成であれば、光伝達手段によって、それぞれの光路長が他の光路長と同一又はほぼ同一となるように、前記光分離手段の各射出面から射出される各分離光を前記光合成手段の各入射面に入射することが可能であるため、第１光変調素子と第２光変調素子間の光路毎の長さをほぼ同じとすることが容易にできる。よって、第１光変調素子から第２光変調素子に到達する光の強度分布を光路間で揃えることができ、第１光変調素子に形成された表示画像を第２光変調素子に正確且つ効率よく伝達できる。
【００１０】
また、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、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。
【００１１】
〔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、前記光分離手段の各射出面と前記各第２光変調素子との間に、少なくとも１つのリレーレンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、分離光の光路毎に、リレーレンズの特性や光路上での位置をそれぞれ調整することが可能であり、これら特性や位置をそれぞれ適切なものにすることにより分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、リレーレンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
【００１２】
〔発明３〕  さらに、発明３の光学表示装置は、発明１又は発明２の光学表示装置において、前記光分離手段の入射側に第１集光レンズを設けたことを特徴としている。
このような構成であれば、第１集光レンズによって、第１光変調素子からの射出光の各リレーレンズへの入射効率を向上することが可能である。
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。
【００１３】
〔発明４〕  さらに、発明４の光学表示装置は、発明１乃至発明３のいずれか１の光学表示装置において、前記各第２光変調素子の入射側に第２集光レンズを設けたことを特徴としている。
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レンズからの光の光合成手段への入射角度分布を調整できるので、光合成手段における光合成の効率や精度を向上させることが可能である。
つまり、第２集光レンズは、入射した光の射出光の角度分布を調整する機能を有したレンズである。
【００１４】
〔発明５〕  さらに、発明４の光学表示装置は、発明１乃至発明４のいずれか１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のうち少なくとも一方は、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面Ｘ字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムにより構成されていることを特徴としている。
【００１５】
このような構成であれば、前記光分離手段の各射出面から射出される各分離光を、前記光合成手段の各入射面に、それぞれの光路長が他の光路長と同一又はほぼ同一となるように入射することが可能であるため、第１光変調素子と第２光変調素子間の光路毎の長さをほぼ同じとすることが容易にできる。よって、第１光変調素子から第２光変調素子に到達する光の強度分布を光路間で揃えることができ、第１光変調素子に形成された表示画像を第２光変調素子に正確且つ効率よく伝達できる。
【００１６】
〔発明６〕  さらに、発明５の光学表示装置は、発明１乃至発明４のいずれか１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のうち少なくとも一方は、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された２枚の平板を断面Ｘ字状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。
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少なくとも一方は、クロスダイクロイックプリズムに比して構造が簡単なクロス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の少なくとも一方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。
【００１７】
〔発明７〕  さらに、発明７の光学表示装置は、発明１乃至発明６のいずれか１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。
このような構成であれば、光分離手段と光合成手段を一つのクロスダイクロイックプリズム或いはクロスダイクロイックミラーで構成できるので、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。
【００１８】
〔発明８〕  さらに、発明８の光学表示装置は、発明１乃至発明６のいずれか１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を分離して設けたことを特徴としている。
【００１９】
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を分離して設けたので、光の分離又は合成において、両者の特性をそれぞれ別々に最適化することができるという効果が得られる。
また、前記光分離手段及び前記光合成手段を隣接又は近接して設けることで、分離光伝達時の輝度低減を抑えることができるという効果が得られる。
【００２０】
〔発明９〕  さらに、発明９の光学表示装置は、発明１乃至発明４のいずれか１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を、略三角柱状の複数のプリズムを備えた多面体形状を成し、内部に特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が断面Ｘ字状に形成されたクロスダイクロイックプリズムから構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の内部に存在する前記２つのダイクロイック膜によって形成される交線と、前記光合成手段の内部に存在する前記２つのダイクロイック膜によって形成される交線とが同一線上又は略同一線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴としている。
【００２１】
このような構成であれば、光分離手段及び光合成手段のそれぞれの内部にある２つのダイクロイック膜によって形成される交線が同一線上又は略同一線上に位置するように光分離手段及び光合成手段を配置するので、光分離手段及び光合成手段を近接又は隣接させることで、これらを一方が他方に積み重ねられた配置構成とすることができ、これにより、光分離手段及び光合成手段の設置面積を小さくできると共に、装置全体を小型化できるという効果が得られる。
【００２２】
〔発明１０〕  さらに、発明１０の光学表示装置は、発明１乃至発明４のいずれか１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を、特定の波長領域の光を反射あるいは透過するダイクロイック膜が形成された２枚の平板を断面Ｘ字状に構成したクロスダイクロイックミラーにより構成すると共に、前記光分離手段及び前記光合成手段を分離して設け、
前記光分離手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線と、前記光合成手段の前記ダイクロイックミラーによって形成される交線とが同一線上又は略同一直線上に位置するように、前記光分離手段と前記光合成手段とを配置することを特徴としている。
【００２３】
このような構成であれば、光分離手段及び光合成手段をそれぞれの構成するダイクロイックミラーの形成する交線が同一線上又は略同一線上に位置するように光分離手段及び光合成手段を配置するので、光分離手段及び光合成手段を近接又は隣接させることで、これらを一方が他方に積み重ねられた構成とすることができ、これにより、光分離手段及び光合成手段の設置面積を小さくできると共に、装置全体を小型化できるという効果が得られる。
【００２４】
〔発明１１〕  さらに、発明１１の光学表示装置は、発明２乃至発明１０のいずれか１の光学表示装置において、前記リレーレンズは、前記分離光の光路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。
このような構成であれば、リレーレンズの特性を分離光毎にそれぞれ適切なものにすることにより各分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、リレーレンズの特性とは、レンズの形状、材質、曲率、屈折率等である。
【００２５】
〔発明１２〕  さらに、発明１２の光学表示装置は、発明４乃至発明１１のいずれか１の光学表示装置において、前記第２集光レンズは、前記分離光の光路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。
このような構成であれば、各分離光の性質に合わせて、各光の光合成手段への入射角度を都合の良いものに調整するのに適切な特性を有する第２集光レンズをそれぞれ設けることにより、各分離光の伝達精度を向上できるという効果が得られる。
ここで、第２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。
【００２６】
〔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、前記各分離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、前記分離光の光路毎に異ならせたことを特徴としている。
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各分離光毎に調整することができるので、距離に依存する倍率色収差等の光学収差の補正を簡易に行うことができるという効果が得られる。
【００２７】
〔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つ以上の非球面レンズを設けたことを特徴としている。
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。
ここで、非球面レンズとは、レンズ面の少なくとも一方が楕円面、双曲面、放物面などの二次曲線からなるレンズのことである。
【００２８】
〔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。
【００２９】
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。
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、前記光分離手段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。 
【００３０】
〔発明１６〕  さらに、発明１６の光学表示装置は、発明１乃至発明１５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。
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。更に、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、これに合わせて射出側レンズ、光合成手段、投射レンズ等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。
ここで、ＭＴＦとは、コントラスト伝達関数とも呼ばれ、空間周波数の増加に対する正弦波物体の像の変調を示したものである。
【００３１】
〔発明１７〕  さらに、発明１７の光学表示装置は、発明１乃至発明１５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か或いは同じ表示解像度を有することを特徴としている。
【００３２】
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１光変調素子よりも表示解像度の高い第２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１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２光変調素子よりも第１光変調素子の方が表示解像度が高い場合は、複数ある第２光変調素子用に複数回の画像処理が必要となる。
【００３３】
〔発明１８〕  さらに、発明１８の光学表示装置は、発明１乃至発明１７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。
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。例えば、ＲＧＢ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２光変調素子を小型化することが可能となるのでコスト低減ができ、第２光変調素子の小型化に合わせて光合成手段等の後段の光学素子も小型化できるので、更にその分の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。
【００３４】
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１９の光学表示装置において同じである。
【００３５】
〔発明１９〕  さらに、発明１９の光学表示装置は、発明１乃至発明１７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いか或いは同じにしたことを特徴としている。
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、第１光変調素子の小型化に合わせて光分離手段等の後段の光学素子も小型化できるのでコスト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。
【００３６】
〔発明２０〕  一方、上記目的を達成するために発明２０の投射型表示装置は、発明１乃至発明１９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。
このような構成であれば、上記発明１乃至発明１９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】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜図１６は、本発明に係る光学表示装置及び投射型表示装置の実施の形態を示す図である。
まず、本発明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の主たる光学系構成を示す図であり、図２はクロスダイクロイックプリズム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。
【００３８】
投射型表示装置１は、図１に示すように、光源１０と、光源１０からの白色光を変調する液晶ライトバルブ３０と、液晶ライトバルブ３０からの変調光をＲＧＢの３原色の光に分光する分光用クロスダイクロイックプリズム７０と、分光用クロスダイクロイックプリズム７０からのＲＧＢ３原色の光を各色毎に変調する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒから入射されたＲＧＢ３原色の光を合成する光合成用クロスダイクロイックプリズム８０と、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０から射出される合成光を投射する投射レンズ１１０と、を含んだ構成となっている。
【００３９】
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と、光源からの光を集光するリフレクタと、から構成されたものである。
液晶ライトバルブ３０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、表示画像データに基づき光源１０からの全波長領域に及ぶ光の強度を変調し、光学像を内包した変調光を入射側レンズ５０に射出するものである。
【００４０】
分光用クロスダイクロイックプリズム７０は、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の下に近接して配置（両者が図のＹ軸方向に縦積み）されており、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７１と赤光反射ダイクロイック膜７２がＸ字状に配置されている。すなわち、液晶ライトバルブ６０Ｂ側に青色光を反射するための青光反射ダイクロイック膜７１がプリズムの接合面に形成され、液晶ライトバルブ６０Ｒ側に赤色光を反射するための赤光反射ダイクロイック膜７２がプリズムの接合面に形成されている。これにより、液晶ライトバルブ３０からの変調された白色光を光の３原色であるＲＧＢの３つの色光に分光し、それぞれの色光を上記６面のうちの各色光に対応する面から射出する。この分光用クロスダイクロイックプリズム７０には波長域の広い白色光を入射させるため、屈折率の波長依存性が小さい光学材料（例えば、ゼロ分散あるいは低分散ガラス等）からなるプリズムを用いることが望ましい。これにより、液晶ライトバルブ３０から射出された光が分光用クロスダイクロイックプリズム７０を経て至る各光路において発生し易い光学収差を低減することができる。ここで、上記した６面のうち、液晶ライトバルブ３０からの白色光を入射する面を入射面７０ａとし、分光した後の、青色光を射出する面を第１射出面７０ｂ、緑色光を射出する面を第２射出面７０ｃ及び赤色光を射出する面を第３射出面７０ｄとする。
【００４１】
液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，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、液晶ライトバルブ６０Ｂは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の第１入射面８０ｂに対面且つ近接して配置され、液晶ライトバルブ６０Ｇは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の第２入射面８０ｃに対面且つ近接して配置され、液晶ライトバルブ６０Ｒは、後述する光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の第３入射面８０ｄに対面且つ近接して配置されている。そして、液晶ライトバルブ６０Ｂにおいては表示画像データに基づき青色光を変調し光学像を内包した変調光を射出し、同様に、液晶ライトバルブ６０Ｇにおいて緑色光を変調し、液晶ライトバルブ６０Ｒにおいて赤色光を変調する。なお、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が略等しくなるように、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは配置される。
【００４２】
光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は、分光用クロスダイクロイックプリズム７０と同一の構造を有する光学素子であり、合成光の射出面を射出面８０ａとし、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とすると、第１入射面８０ｂ及び第３入射面８０ｄよりそれぞれ入射した青色光及び赤色光を各々対応するダイクロイック膜で射出面８０ａ側に反射し、一方、第２入射面８０ｃより入射した緑色光を射出面８０ａ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カラーの合成光として射出面８０ａから射出する。この光合成用クロスダイクロイックプリズム８０においても、屈折率の波長依存性が小さい光学材料（例えば、ゼロ分散あるいは低分散ガラス等）からなるプリズムを用いることが望ましい。これにより、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒから射出された光が光合成用クロスダイクロイックプリズム８０を経て投射レンズ１１０に至る各光路において発生し易い光学収差を低減することができる。
【００４３】
ここで、分光用クロスダイクロイックプリズム７０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７０の入射面７０ａ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７０ａと射出面８０ａ、第１射出面７０ｂと第１入射面８０ｂ、第２射出面７０ｃと第２入射面８０ｃ、第３射出面７０ｄ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７０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。
【００４４】
液晶ライトバルブ３０の後段には、分光用クロスダイクロイックプリズム７０の入射面７０ａに対面して入射側レンズ５０が設けられており、液晶ライトバルブ３０において変調された光は、入射側レンズ５０を介して分光用クロスダイクロイックプリズム７０の入射面７０ａに入射される。ここで、入射側レンズ５０は、液晶ライトバルブ３０からの光を後述する３ヶ所のリレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒに効率よく入射させるためのもので、液晶ライトバルブ３０からの変調光を集光し分光用クロスダイクロイックプリズム７０を経て３ヶ所のリレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒに入射させる。
【００４５】
分光用クロスダイクロイックプリズム７０における、第１射出面７０ｂの向かい側には反射ミラー３８０Ｂが、第２射出面７０ｃの向かい側には反射ミラー３８０Ｇが、第３射出面７０ｄの向かい側には反射ミラー３８０Ｂが各々配置され、各々対応する第１〜第３射出面７０ｂ〜７０ｄからの各色光を図１のＹ軸方向に折り曲げるように第１〜第３射出面７０ｂ〜７０ｄの対応する面に対して所定の角度をもって配置されている。
【００４６】
光合成用クロスダイクロイックプリズム８０における、第１入射面８０ｂの向かい側には反射ミラー３８５Ｂが、第２入射面８０ｃの向かい側には反射ミラー３８５Ｇが、第３入射面８０ｄの向かい側には反射ミラー３８５Ｒが各々配置され、各々対応する反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒからの各色光を光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心方向に折り曲げるように第１〜第３入射面８０ｂ〜８０ｄの対応する面に対して所定の角度をもって配置されている。
【００４７】
反射ミラー３８０Ｂと反射ミラー３８５Ｂとの間の青色光の光路上にはリレーレンズ３７０Ｂが、反射ミラー３８０Ｇと反射ミラー３８５Ｇとの間の緑色光の光路上にはリレーレンズ３７０Ｇが、反射ミラー３８０Ｒと反射ミラー３８５Ｒとの間の赤色光の光路上にはリレーレンズ３７０Ｒが各々配置されている。これらのリレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒは液晶ライトバルブ３０の表示面上に形成された光学像（光強度分布）を３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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３０からの光を入射側レンズ５０や分光用クロスダイクロイックプリズム７０及び後述する射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒなどを経て液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに導き入れる。
【００４８】
液晶ライトバルブ６０Ｂの入射側には射出側レンズ３７５Ｂが、液晶ライトバルブ６０Ｇの入射側には射出側レンズ３７５Ｇが、液晶ライトバルブ６０Ｒの入射側には射出側レンズ３７５Ｒが各々配置され、対応する３ヶ所のリレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒからの各色光を反射ミラー３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒを経て対応する各液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射させる。ここで、３ヶ所の射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒは、表示特性が光の入射角依存性を有する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒや光合成用クロスダイクロイックプリズム８０に対して、入射光の角度分布の広がりを抑える機能を有し、対応する３ヶ所のリレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒからの各色光を略平行化して、対応する３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射させる。射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒの後段に配置される光学素子がその表示特性に光の入射角依存性を有する場合には、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３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒは配置される。したがって、射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ以降の光学素子によっては、射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒを省いても良い。
【００４９】
ところで、分光用クロスダイクロイックプリズム７０における分光後の青色光のダイクロイック膜から、第１射出面７０ｂ、反射ミラー３８０Ｂ、リレーレンズ３７０Ｂ、反射ミラー３８５Ｂ、射出側レンズ３７５Ｂ及び第１入射面８０ｂを介して光合成用クロスダイクロイックプリズム８０のダイクロイック膜に到達するまでの光路長をＬ１、同様に、緑色光及び赤色光の分光用クロスダイクロイックプリズム７０から光合成用クロスダイクロイックプリズム８０に至る光路長を各々Ｌ２、Ｌ３とする。本実施の形態においては、上記Ｌ１〜Ｌ３がＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３（等距離）となるように、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒをそれぞれ配置している。つまり、各ダイクロイック膜から各射出面及び各入射面までの光路長が等しい場合は、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒを、それぞれ、第１射出面７０ｂ，第２射出面７０ｃ，第３射出面７０ｄに対して等距離に配置し、反射ミラー３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒを、それぞれ、第１入射面８０ｂ，第２入射面８０ｃ，第３入射面８０ｄに対して等距離に配置している。この様な配置形態により、液晶ライトバルブ３０と３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ間の距離をほぼ等しく設定することが容易にできる。これにより、色光間で光路による違いを生じることなく、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒによって液晶ライトバルブ３０の表示面上に形成された光学像（光強度分布）を３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの表示面上に正確且つ高い効率で伝達することができる。また、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに形成された３つの光学像を一つの光学像に正確に合成することができる。
【００５０】
ここで、液晶ライトバルブ３０，６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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の間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、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。
【００５１】
液晶ライトバルブ３０と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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、前者の液晶ライトバルブ３０は全波長域の光（白色光）を変調するのに対して、後者の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは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７０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３０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場合がある。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３０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、本実施の形態では、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。
【００５２】
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。まず、光源１０からの白色光が液晶ライトバルブ３０（輝度変調ライトバルブ）によって変調され、表示画像データに基づいた光学像を内包した白色光が入射側レンズ５０を介して分光用クロスダイクロイックプリズム７０の入射面７０ａに入射される。そして、分光用クロスダイクロイックプリズム７０において、入射面７０ａに入射した白色光を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色光に分光するとともに、これら分光した青色光、緑色光及び赤色光を、それぞれ第２〜第４射出面７０ｂ〜７０ｄから射出する。第２〜第４射出面７０ｂ〜７０ｄから射出された青色光、緑色光及び赤色光は、それぞれ対応する反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ、反射ミラー３８５Ｂ、３８５Ｇ，３８５Ｒ、射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒを介して液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射される。
【００５３】
液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射した青色光、緑色光及び赤色光は、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、最終的な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からの各色光は光合成用ダイクロイックプリズム８０の対応する第１〜第３入射面８０ｂ〜８０ｄに入射して一つの光に合成され、投射レンズ１１０によって図示しないスクリーン上に投射される。これにより、スクリーン上に所望のカラー画像が表示される。
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３０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６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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（高い輝度ダイナミックレンジ性）に優れた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３０で形成した光学像（画像）を液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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５０、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ及び射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ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５０、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ及び射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ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、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒや射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒの材質、屈折率やレンズ曲率などの光学特性などを光路毎に最適化しても良い。さらに、入射側レンズ、リレーレンズ及び射出側レンズの数は各光路毎に１つと限らず複数枚を設けても良いし、各光路毎に枚数を変えても良い。この様な構成を採用することにより、光学像（画像）伝達過程における焦点位置のズレ等によ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。
【００５４】
なお、液晶ライトバルブ３０及び液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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５０、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ及び射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ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ることが可能である。等倍のリレー光学系とした場合には、図３に示すように（ここでは、液晶ライトバルブ６０Ｇを含む光路のみを対象に、理解を容易にするために、２つの反射ミラー３８０Ｇ，３８５Ｇを省略し、また光路を直線的に描いてある）、例えば、液晶ライトバルブ３０上に形成された光学像５５Ｗは、反転しつつも大きさを変えずに等倍倒立像５５Ｇとして液晶ライトバルブ６０Ｇ上に正確に結像（伝達）される。図３は、緑色光の場合を例に示しているが、他の青色光や赤色光の場合も同様に等倍倒立像として対応する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｒ上に結像される。
【００５５】
次に、表示制御装置２００の構成を図４〜図８に基づき詳細に説明する。
図４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。
表示制御装置２００は、図４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。
【００５６】
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３０）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。
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。
【００５７】
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。本実施の形態では、ＨＤＲ表示データとして、１つの画素についてＲＧＢ３原色ごとに放射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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
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。
【００６０】
図５は、制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
制御値登録テーブル４００には、図５に示すように、輝度変調ライトバルブの制御値毎に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。
【００６１】
図５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５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。
【００６２】
また、記憶装置１８２は、色変調ライトバルブ毎に、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。
図６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。
制御値登録テーブル４２０Ｒには、図６に示すように、液晶ライトバルブ６０Ｒの制御値毎に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。
【００６３】
図６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６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。
【００６４】
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。
次に、ＣＰＵ１７０の構成およびＣＰＵ１７０で実行される処理を説明する。
【００６５】
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７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。
図７は、表示制御処理を示すフローチャートである。
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７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。
【００６６】
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。
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。
【００６７】
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。
図８は、トーンマッピング処理を説明するための図である。
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８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。
【００６８】
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。
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。
【００６９】
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、リサイズ画像の画素毎に光変調率Ｔｐを算出する。
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。
【００７０】
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３０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。
【００７１】
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。
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
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３０）に書き込む画像データの生成過程を図９〜図１２に基づき説明する。
【００７５】
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３０）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。
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。
【００７６】
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。
【００７７】
図９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。
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９に示すように、初期値Ｔ２０が与えられる。
【００７８】
図１０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。
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１０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。
【００７９】
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１１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。
【００８０】
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。輝度変調ライトバルブの左上４区画の画素をｐ１１（左上）、ｐ１２（右上）、ｐ１３（左下）、ｐ１４（右下）とした場合、画素ｐ１１は、図１１（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１１（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１１（ｃ）に示すように、下式（７）により算出することができる。
【００８１】
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。
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。
【００８２】
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５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。
【００８３】
図１２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。
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１２（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１２（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１２（ｃ）に示すように、下式（９）により算出することができる。
【００８４】
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。
【００８５】
次いで、ステップＳ１２０を経て、色変調ライトバルブの画素毎に、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６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。
【００８６】
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３０）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。
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。分光用クロスダイクロイックプリズム７０の入射面７０ａ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、分光用クロスダイクロイックプリズム７０及び光合成用クロスダイクロイックプリズム８０をＹ軸方向に積み上げたような位置関係で近接して配置し、更に、上記した分光用クロスダイクロイックプリズム７０のダイクロイック膜から光合成用クロスダイクロイックプリズム８０のダイクロイック膜までの各色光の光路長Ｌ１（青色光），Ｌ２（緑色光），Ｌ３（赤色光）が、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３（等距離）となる様に反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒを配置している。これにより、輝度変調ライトバルブである液晶ライトバルブ３０と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間の色光毎の光路長をほぼ同じとすることが容易にできるため、３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに到達する青色光、緑色光及び赤色光の輝度差の発生を抑えて、液晶ライトバルブ３０上に形成された表示画像を３ヶ所の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ上により正確に効率よく伝達することが可能となる。
【００８７】
また、分光用クロスダイクロイックプリズム７０によって分離された各色光の光路毎に、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒや射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒなどを配置する構成としているため、それらのレンズの位置、レンズ材質、レンズ構成（例えばレンズ枚数や曲面形状）などを変えて、光路毎に波長域の異なる光（像）の伝達に最適な光学特性とすることが可能である。
【００８８】
さらに、光源１０側から投射レンズ１１０方向に向かって、輝度変調用の液晶ライトバルブ３０、色変調用の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒの順に２種類の光変調素子を配置し、また、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の射出側には液晶ライトバルブのように大きな波長依存性を有する光学素子を配置しない構成としたので、表示画像の色決めを正確に行うことが可能である。
【００８９】
また、直列に配置された２種類の光変調素子（色変調ライトバルブと輝度変調ライトバルブ）を介して光源１０からの光を変調するので、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。
[変形例１]
上記実施の形態においては、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとのそれぞれの距離が等しくなるように、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを配置したが、これに限定されない。各レンズや光合成用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像（光）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。また、３ヶ所の第２光変調素子に形成された表示画像を正確に一つの画像に合成するためには、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の波長依存性の影響を排除する必要がある。
前者を実現する方策としては、例えば、第１光変調素子と第２光変調素子間に介在する光学素子の様々な波長依存性を補正するように、第１光変調素子と第２光変調素子間の距離を色光の光路毎に僅かに変える構成とすることが効果的である。
【００９０】
また、後者を実現する方策としては、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０や投射レンズ１１０が有する様々な波長依存性を補正するように、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとの距離を色光の光路毎に僅かに変える構成とすることが効果的である。例えば、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、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとの間の距離を、図１３に示すように、波長の短い光に対応するものほど長いものとすることで、屈折率の波長依存性による焦点距離の違いによって発生する光学収差を低減することが可能である。図１３では、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒとそれぞれの距離をＬＢ，ＬＧ，ＬＲとしたときに、ＬＢ＞ＬＧ＞ＬＲの関係となるように液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを配置している。なお、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０で液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒにそれぞれ対向するプリズムの厚みを、３原色の光の波長に合わせて変えることにより、各光路における光路長を補正し、光学収差を低減する構成も有効である。
[変形例２]
上記実施の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、これに限らず、図１４に示すようなクロスダイクロイックミラー８５を分光用クロスダイクロイックプリズム７０や光合成用クロスダイクロイックプリズム８０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７１や赤光反射ダイクロイック膜７２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。
[変形例３]
上記実施の形態においては、２種類の光変調手段（液晶ライトバルブ３０と液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ）に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１５に示すように（ここでは、液晶ライトバルブ６０Ｇを含む光路のみ図示）、投射型表示装置１の色変調ライトバルブ６０Ｇ’の寸法を輝度変調ライトバルブ３０’の寸法よりも小さくする構成とすることも可能である。この場合、輝度変調ライトバルブと色変調ライトバルブの解像度と同一であると、輝度変調ライトバルブの表示面の寸法と色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色変調ライトバルブの大きさに合わせて変える（縮小する）必要がある。
【００９１】
このようにすることで、色変調ライトバルブの小型化に応じて、図１５中の点線内の射出側レンズ３７５Ｇ、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０及び投射レンズ１１０を小型化することが可能である。従って、コスト低減や軽量化ができるという効果が得られる。
［変形例４］
上記実施の形態では、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ（色変調ライトバルブ）の解像度が液晶ライトバルブ３０（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種類の光変調手段（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の実施の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。
【００９２】
例えば、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、輝度変調ライトバルブから色変調ライトバルブ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ため、介在するリレーレンズなどの伝達性能をそれほど高くする必要が無く、その分光学系を比較的安価に構成できる。
【００９３】
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低い表示解像度を有していれば、通常、解像度の低いライトバルブの製造は解像度の高いライトバルブに比して容易なので、高解像度のライトバルブを多く用いる必要が無く表示装置の低コスト化に有効である。
［変形例５］
また、上記実施の形態においては、分光手段及び光合成手段を、分光用クロスダイクロイックプリズム７０と、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０との２つに分けた構成としているが、これに限定されない。図１６に示す投射型表示装置２のように、投射型表示装置１における分光用クロスダイクロイックプリズム７０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、分光及び光合成用クロスダイクロイックプリズム３９０とした構成としても良い。
【００９４】
つまり、分光用クロスダイクロイックプリズム７０と、光合成用クロスダイクロイックプリズム８０は共にクロスダイクロイックプリズムから構成されるので、これらを共通のプリズムに作り込むことにより、部品点数やコストの削減等が可能となる。また、クロスダイクロイックプリズムに代えて、クロスダイクロイックミラーを用いた場合も同様に一体化することが可能である。
【００９５】
ここで、図１に示す、投射レンズ１１０は、発明１４の投射手段に対応する。
また、図１、３、１５及び１６に示す、液晶ライトバルブ３０は、発明１、１３及び１６〜１９のいずれか一つの第１光変調素子に対応し、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、発明１、２、４、１３及び１６〜１９のいずれか一つの第２光変調素子に対応する。
【００９６】
また、図１、３、１５及び１６に示す、入射側レンズ５０は、発明３の第１集光レンズに対応し、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒは、発明２又は１１のリレーレンズに対応する。
また、図１、３、１３、１５及び１６に示す、射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒは、発明４又は１２の第２集光レンズに対応する。
【００９７】
また、図１及び図１６に示す、反射ミラー３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒは、発明１の光伝達手段に対応する。
また、図１、３及び１５に示す、分光用クロスダイクロイックプリズム７０は、発明１、３、５〜１０、１４及び１５のいずれか一つの光分離手段に対応し、図１、１３及び１５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及び５〜１０のいずれか一つの光合成手段に対応する。
【００９８】
また、図１６に示す、分光及び光合成用クロスダイクロイックプリズム３９０は、発明７の光分離手段及び光合成手段に対応する。
また、本文中に記載の、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ及び射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ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１４の非球面レンズに対応し、リレーレンズ３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ及び射出側レンズ３７５Ｂ，３７５Ｇ，３７５Ｒ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１５のアクロマートレンズに対応する。
【００９９】
また、上記実施の形態においては、液晶ライトバルブ３０，６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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３０，６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ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。
【０１００】
また、上記実施の形態において、投射型表示装置１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。
また、上記実施の形態において、図７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。
【０１０１】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【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】分光用ダイクロイックプリズム７０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】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５】制御値登録テーブル４００のデータ構造を示す図である。
【図６】制御値登録テーブル４２０Ｒのデータ構造を示す図である。
【図７】表示制御処理を示すフローチャートである。
【図８】トーンマッピング処理を説明するための図である。
【図９】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１０】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１１】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１２】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１３】合成用クロスダイクロイックプリズム８０の中心と、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１４】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１５】色変調ライトバルブの寸法を輝度変調ライトバルブの寸法より小さくした場合の投射型表示装置１の主たる光学構成の一部を示す図である。
【図１６】本発明に係る投射型表示装置２の主たる光学構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…投射型表示装置、１０…光源、３０…液晶ライトバルブ、５０…入射側レンズ、６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ…液晶ライトバルブ、３７０Ｂ，３７０Ｇ，３７０Ｒ…リレーレンズ、３７５Ｇ，３７５Ｇ，３７５Ｒ…射出側レンズ、３８０Ｂ，３８０Ｇ，３８０Ｒ，３８５Ｂ，３８５Ｇ，３８５Ｒ…反射ミラー、７０…分光用クロスダイクロイックプリズム、８０…光合成用クロスダイクロイックプリズム、７１…青光反射ダイクロイック膜、７２…赤光反射ダイクロイック膜、８５…クロスダイクロイックミラー、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、４００，４００Ｒ〜４００Ｇ，４２０Ｒ〜４２０Ｇ…制御値登録テーブル、４４０，４６０…入力値登録テーブル
【図１】
2005227695.tif 000003
【図２】
2005227695.tif 000004
【図３】
2005227695.tif 000005
【図４】
2005227695.tif 000006
【図５】
2005227695.tif 000007
【図６】
2005227695.tif 000008
【図７】
2005227695.tif 000009
【図８】
2005227695.tif 000010
【図９】
2005227695.tif 000011
【図１０】
2005227695.tif 000012
【図１１】
2005227695.tif 000013
【図１２】
2005227695.tif 000014
【図１３】
2005227695.tif 000015
【図１４】
2005227695.tif 000016
【図１５】
2005227695.tif 000017
【図１６】
2005227695.tif 000018