(57)【要約】【課題】  投射レンズの焦点距離可変動作を行っても、照明光学系により形成される光源像の周囲に余分な開口が形成されることを防止し、不要光による表示画質の画質の低下を防止する。【解決手段】  瞳位置に開口絞り９ｂを有し、この開口絞り９ｂの開口形状は照明光学系により瞳位置に形成される光源像の形状と略相似である。面積可変機構９０によって、投射レンズ９の焦点距離可変操作に応じて開口絞り９ｂの開口の面積を可変させる。【選択図】  図３
2005202366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置において、
光源と、
前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系と、
前記照明光学系によって集光された光束を変調する空間光変調素子と、
前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞りと、
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の面積を可変させる面積可変機構とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置において、
光源と、
前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系と、
前記照明光学系によって集光された光束を変調する空間光変調素子と、
前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞りと、
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの前記光軸方向の位置を可変させる第１の位置可変機構とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記投射レンズは光軸に対してオフセットされており、
前記開口絞りの開口の前記光軸に対する位置を可変させる第２の位置可変機構を備えて構成したことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の画像表示装置。
【請求項４】
焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置において、
光源と、
前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系と、
前記照明光学系によって集光された光束を複数色に分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された前記複数色の光束を変調する複数の空間光変調素子と、
前記複数の空間光変調素子によって変調された光束を合成して合成光を前記投射レンズに供給する色合成光学系と、
前記合成光の色バランスを調整する色バランス調整用フィルタと、
前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞りと、
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの光軸方向の位置を可変させる第１の位置可変機構とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の面積を可変させる面積可変機構を備えて構成したことを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記投射レンズは光軸に対してオフセットされており、
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の前記光軸に対する位置を可変させる第２の位置可変機構を備えて構成したことを特徴とする請求項４、または、請求項５記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記投射レンズは複数のレンズを有し、
前記開口絞りは前記複数のレンズの間に配置されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記照明光学系はフライアイレンズを有し、
前記色バランス調整用フィルタは前記フライアイレンズに蒸着されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子（液晶ライトバルブ）等の空間光変調素子により変調された光束をスクリーンに投射する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの普及や、テレビジョン放送のデジタル放送化を迎えて、フロント投射型プロジェクタと称される画像表示装置が普及しつつある。
【０００３】
このような画像表示装置の多くは、液晶表示素子等の空間光変調素子を３枚備えて構成され、いわゆる３板式カラープロジェクタと称されている。この３板式カラープロジェクタは、メタルハライドランプ等の強力な光源から得られる白色光を３原色に分解し、色分解された各色光を各色に対応する空間光変調素子に導き、各空間光変調素子を各色に対応する画像信号で駆動することにより変調し、さらに、各色の変調光を合成して投射レンズにより投射し結像させることにより、画像表示を行うように構成されている。
【０００４】
このような画像表示装置においては、光源から発せられた光束を空間光変調素子に導き、この空間光変調素子を照明するための照明光学系が備えられている。この照明光学系は、有限の大きさを持つ光源から発せられた光束により、高効率で、かつ、均一に、空間光変調素子を照明できることが必要である。
【０００５】
このような照明光学系としては、インテグレータ光学系が知られている。そして、このインテグレータ光学系としては、いわゆるフライアイレンズアレイ方式の照明光学系と、いわゆるロッドインテグレータ方式の照明光学系とが知られている。
【０００６】
フライアイレンズアレイ方式の照明光学系は、照明領域と相似形状の複数の小径レンズがフライアイ状に（２次元状に）配列されたフライアイレンズアレイに照明光束を入射させることにより、この光束を照明領域と相似形状の各セル毎に分割し、さらに、これら光束を重ね合わせることによって、高効率で均一な照明光が得られるように構成されたものである。このフライアイレンズアレイ方式の照明光学系においては、インテグレータ像が、投射レンズの瞳に光源像として形成される。
【０００７】
ロッドインテグレータ方式の照明光学系は、入射端面及び出射端面となる両端面が照明領域と相似形状となされた棒状のロッドインテグレータに、入射端面より、照明光束を集光させて効率よく入射させることにより、このロッドインテグレータ内において光束を多重反射させ、出射端面において、高効率で均一な照明光が得られるように構成されたものである。そして、この出射端面における光束分布を、所望の倍率で照明領域（空間光変調素子上）に結像させることにより、高効率な均一照明を得ることができる。このロッドインテグレータ方式の照明光学系においては、ガラスロッド内での反射回数に対応した複数のガラスロッド開口形状の光源像が、投射レンズの瞳に形成される。
【０００８】
このように、これらフライアイレンズアレイ方式及びロッドインテグレータ方式のいずれの照明方式においても、投射レンズの瞳に光源像を形成することとなる。
【０００９】
そして、フロント投射型プロジェクタにおける投射レンズは、特に、３板式カラープロジェクタにおいては、光源側にプリズム等の色合成手段を配置する必要があるため、充分に長いバックフォーカス及びテレセントリック性が要求される。
【００１０】
また、この投射レンズを焦点距離可変型のもの（ズームレンズ）とした場合においては、投射レンズを小型化するため、焦点距離の可変操作（ズーミング）に伴って、瞳の位置が変動するレンズ構成とならざるを得ない。このように焦点距離の可変操作に伴って、瞳の位置が変動する投射レンズにおいては、投射レンズの開口（絞り）の大きさを固定した場合には、焦点距離の可変操作に伴ってＦナンバーが変化することとなる。
【００１１】
ところで、以上説明したような画像表示装置において、投射レンズの開口は円形であるが、いずれの照明方式においても、投射レンズの瞳に形成される光源像は、必ずしも円形ではない。すなわち、フライアイレンズアレイ方式の照明光学系を用いた場合は、投射レンズの瞳に形成される光源像は、矩形のインテグレータ像である。また、ロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた場合も、投射レンズの瞳に形成される光源像は、矩形のガラスロッド開口形状の像である。
【００１２】
従って、投射レンズの円形開口においては、光源像の上下左右に余分な開口が存在することとなり、この余分な開口を通過する不要光により表示画質の画質が低下するという問題が生ずる。
【００１３】
そこで、投射レンズの近傍に矩形状の開口絞りを設けたり（特許文献１，２参照）、空間光変調素子よりも光源側に配置されているフライアイレンズアレイの近傍に矩形状の開口を備えた光束遮蔽板を設ける（特許文献３参照）ことにより、投射レンズから出射する投射像を矩形にすることが行われている。
【特許文献１】特開平５−３０３０８５号公報
【特許文献２】特開平９−２７４２５３号公報
【特許文献３】特開平１１−２８１９２３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置において、フライアイレンズアレイ方式またはロッドインテグレータ方式の照明光学系により集光された所定形状（例えば矩形）と略相似の開口形状を有する開口絞りを単に設けた場合には、投射レンズの焦点距離可変動作に伴って、余分な光（不要光）を通過させて表示画像の画質を低下させてしまったり、逆に必要な光を遮断してしまって光の利用効率を低下させてしまうということが起こり得る。そこで、焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置に照明光学系により集光された所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞りを設ける場合には、開口絞りを適切に制御することが必要となる。
【００１５】
前述のような画像表示装置の照明光学系におけるＦナンバーは投射レンズにより投射される画像の大きさにかかわらず一定である。従って、焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置においては、照明光学系のＦナンバー（例えばＦ２．８）に対して、焦点距離の短焦点端から長焦点端への可変操作に伴って、投射レンズのＦナンバーがＦ２．２からＦ２．８に変動した場合、短焦点端では投射レンズが過剰に開いた開口状態（Ｆナンバーが小さい状態）となる。この場合、余分な開口を通過する不要光等により表示画像の画質が低下するという問題が生ずる。逆に、焦点距離の短焦点端から長焦点端への可変操作に伴って、投射レンズのＦナンバーがＦ２．８からＦ３．４に変動した場合には、長焦点端では投射レンズの開口状態が小さい状態（Ｆナンバーが大きい状態）となる。この場合、照明光学系により形成される照明光を十分に利用できない状態となり、光の利用効率が低減する。
【００１６】
また、空間光変調素子や色分解合成光学系の光軸に対し投射レンズの光軸をオフセットさせたいわゆる“あおり”を持たせた画像表示装置においては、投射レンズから出射する光束の一部のみをスクリーンに投影するので、投射レンズの焦点距離可変動作に伴って、開口絞りをさらに適切に制御することが必要となる。
【００１７】
さらに、色バランスを調整するために波長選択性のあるフィルタを設けた画像表示装置においては、投射レンズの焦点距離を可変動作させても色バランスを変化させず、色バランスを常に良好に保つことが求められる。
【００１８】
本発明は以上のような問題点に鑑みなされたものであり、焦点距離可変型の投射レンズを備えた画像表示装置において、投射レンズの焦点距離を可変動作させても常に最適な表示画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、焦点距離可変型の投射レンズを備え、投射レンズの光軸をオフセットさせた画像表示装置において、投射レンズの焦点距離を可変動作させても常に最適な表示画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【００２０】
さらに、焦点距離可変型の投射レンズを備え、色バランス調整用フィルタを設けた画像表示装置において、投射レンズの焦点距離を可変動作させても常に最適な表示画像を得ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、焦点距離可変型の投射レンズ（９）を備えた画像表示装置において、光源（１）と、前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系（３，４，１１）と、前記照明光学系によって集光された光束を変調する空間光変調素子（８）と、前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞り（９ｂ）と、前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の面積を可変させる面積可変機構（９０）とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置を提供する。
【００２２】
また、焦点距離可変型の投射レンズ（９）を備えた画像表示装置において、光源（１）と、前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系（３，４，１１）と、前記照明光学系によって集光された光束を変調する空間光変調素子（８）と、前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞り（９ｂ）と、前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの前記光軸方向の位置を可変させる第１の位置可変機構（９２）とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置を提供する。
【００２３】
前記投射レンズを光軸に対してオフセットさせた場合には、前記開口絞りの開口の前記光軸に対する位置を可変させる第２の位置可変機構（９１）を備えることが好ましい。
【００２４】
さらに、焦点距離可変型の投射レンズ（５００）を備えた画像表示装置において、光源（２１）と、前記光源から発せられた光束を所定形状に集光させる照明光学系（２３，２４）と、前記照明光学系によって集光された光束を複数色に分解する色分解光学系（３００）と、前記色分解光学系によって分解された前記複数色の光束を変調する複数の空間光変調素子（２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂ）と、前記複数の空間光変調素子によって変調された光束を合成して合成光を前記投射レンズに供給する色合成光学系（３００）と、前記合成光の色バランスを調整する色バランス調整用フィルタ（２４１）と、前記所定形状と略相似の開口形状を有する開口絞り（５３）と、前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの光軸方向の位置を可変させる第１の位置可変機構（６３）とを備えて構成したことを特徴とする画像表示装置を提供する。
【００２５】
前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の面積を可変させる面積可変機構（６３）を備えることが好ましい。
【００２６】
前記投射レンズを光軸に対してオフセットさせた場合には、前記投射レンズの焦点距離可変操作に応じて前記開口絞りの開口の前記光軸に対する位置を可変させる第２の位置可変機構（６３）を備えることが好ましい。
【００２７】
前記投射レンズは複数のレンズを有し、前記開口絞りは前記複数のレンズの間に配置されていることが好ましい。
【００２８】
前記照明光学系はフライアイレンズを有し、前記色バランス調整用フィルタは前記フライアイレンズに蒸着されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の画像表示装置によれば、投射レンズの焦点距離可変動作に伴って、不要光を通過させて表示画像の画質を低下させてしまったり、必要な光を遮断してしまって光の利用効率を低下させてしまうということがなく、コントラストの高い画像表示が可能となる。
【００３０】
また、投射レンズを光軸に対してオフセットさせてあおり投射を行う場合であっても、焦点距離の可変操作に応じて開口絞りの開口のあおり方向の位置が常に最適な位置に可変制御することができる。従って、色バランス調整用フィルタによって調整した色バランスがくずれてしまうという不具合を発生させることなく、常に色バランスを最適な状態に維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３２】
本発明に係る画像表示装置の実施の各形態について説明する前に、実施の各形態の基本的構成について説明する。
【００３３】
＜第１の基本的構成＞
図１は、第１の基本的構成を示す平面図である。
【００３４】
この図１においては、簡単のために光源１から発せられた光が空間光変調素子である単一の液晶ライトバルブ８を照射するモノクロ表示の画像表示装置を示している。この図１は、本発明の原理を説明するために示すもので、色バランス（ホワイトバランス）の調整が必要になるカラー表示の画像表示装置には、光をＲＧＢに分解／合成する色分解光学系及び色合成光学系が備えられる。
【００３５】
この第１の基本的構成である画像表示装置は、フライアイレンズアレイ方式の照明光学系を備えて構成されている。
【００３６】
すなわち、この画像表示装置は、光源１と、光源から出射した光を光軸Ｌ０方向に反射するリフレクタ２を有している。光源１としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を出射するものを用いる。リフレクタ２は、光軸Ｌ０を軸とした回転放物面、または、回転楕円面の反射面を有し、光源１から出射した照明光を反射面で反射して光軸Ｌ０に平行な光束として出射する。
【００３７】
また、この画像表示装置は、第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）３と、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）４と、ＰＳコンバイナ５と、重ね合わせレンズ６と、コンデンサレンズ７と、液晶ライトバルブ８とを有している。なお、重ね合わせレンズやコンデンサレンズはフィールドレンズとも称されている。
【００３８】
第１及び第２のレンズアレイ３，４は、リフレクタ２が照明光を出射する開口を空間的に分割するように、液晶ライトバルブ８の形状（矩形）と相似形状の複数のレンズセルが２次元配列されて構成されたものである。
【００３９】
第１のレンズアレイ３は、この第１のレンズアレイ３の各レンズセルにそれぞれ対応した第２のレンズアレイ４のレンズセルに照明光を集光し、第２のレンズアレイ４上に第１のレンズアレイ３のレンズセルと同数の２次光源像を形成する。そして、第２のレンズアレイ４は、各レンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ３のレンズセル開口の像を液晶ライトバルブ８の表示面上に結像させる。
【００４０】
なお、ＰＳコンバイナ５は、後段の偏光光学系（図１においては示していない色分解光学系及び色合成光学系）における光の利用効率を向上させるため、入射する照明光をＳ偏光、または、Ｐ偏光に揃える機能を有している。
【００４１】
重ね合わせレンズ６は、各レンズセルの像の中心を液晶ライトバルブ８の中心に一致させ、第１のレンズアレイ３の各レンズセルの像が液晶ライトバルブ８の表示面上で重なり合うようにするものである。
【００４２】
コンデンサレンズ７は、液晶ライトバルブ８を経た変調光が投射レンズ９の入射瞳方向に入射するように光束を集光させる。
【００４３】
液晶ライトバルブ８は、複数の液晶セルを２次元配列してなる液晶板と所定方向の偏光のみを透過させるアナライザ（偏光板）とを有して構成され、各液晶セルごとに透過する光量を制御することによって照明光を変調する。
【００４４】
液晶ライトバルブ８によって変調された変調光は、投射レンズ９の入射側レンズ９ａに入射し、瞳位置を通過して、出射側レンズ９ｃを経て出射される。この投射レンズ９の瞳位置には、開口絞り９ｂが設置されている。なお、図１及び後述する図２〜図６において、開口絞り９ｂ間の波模様は投射レンズ９の瞳を示すものとする。この投射レンズ９から出射した変調光は、スクリーン１０上に液晶ライトバルブ８の像として結像され、画像表示がなされる。
【００４５】
なお、投射レンズ９は、この第１の基本的構成においては、２枚の凸レンズからなる２群２枚構成のレンズとして構成されている。しかし、この投射レンズ９は、このようなレンズ構成に限定されるものではなく、より多くの枚数のレンズから構成されたものであってもよく、また、後述する本発明の実施の形態のように、焦点距離可変のレンズとすることもできる。
【００４６】
この投射レンズ９においては、開口絞り９ｂが設置されている瞳位置に、インテグレータ像が光源像として形成される。この光源像の形状は、第２のレンズアレイ４の開口の形状である。例えば第２のレンズアレイ４の開口の形状が矩形の場合、光源像の形状も矩形になる。
【００４７】
そして、この投射レンズ９において、開口絞り９ｂの開口部の形状は、この投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の形状と相似形状となっている。すなわち、この投射レンズ９の開口絞り９ｂの開口部の形状は、第２のレンズアレイ４の開口の形状が矩形の場合、矩形になる。
【００４８】
従って、この投射レンズ９においては、光源１よりコンデンサレンズ７に至る照明光学系により、投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の周囲に余分な開口が存在することが防止されており、このような余分な開口を不要光が通過してスクリーンに到達することによる表示画質の画質の低下が防止される。
【００４９】
＜第２の基本的構成＞
図２は、第２の基本的構成を示す平面図であり、第２の基本的構成はロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いて構成したものである。
【００５０】
この第２の基本的構成である画像表示装置においては、光源１から出射されリフレクタ２により反射されて出射された照明光は、ガラスロッド１１の一端部である入射面に集光して入射される。
【００５１】
ガラスロッド１１は、断面形状が液晶ライトバルブ８の表示面の形状（矩形）と相似形状となされた柱状の透明部材であり、入射面から入射した照明光を内面部において多数回にわたって全反射させる。そして、このガラスロッド１１内において多重反射された照明光は、このガラスロッド１１の他端部である出射面から出射される。このガラスロッド１１から出射した照明光は、出射レンズ１２及びＰＳコンバイナ５を経て、重ね合わせレンズ６に入射される。
【００５２】
この重ね合わせレンズ６を経た照明光は、前述したように、コンデンサレンズ７を経て、液晶ライトバルブ８を照明する。
【００５３】
そして、液晶ライトバルブ８によって変調された変調光は、投射レンズ９に入射し、この投射レンズ９により、スクリーン１０上に液晶ライトバルブ８の像として結像される。
【００５４】
この画像表示装置の照明光学系においては、ガラスロッド１１の出射面には、複数の光源像が形成される。また、重ね合わせレンズ６にも、複数の光源像が形成される。これら光源像の数は、ガラスロッド１１内において光が全反射した回数に対応している。これら光源像は、投射レンズ９の瞳位置においても、重ね合わされた状態で形成される。この光源像の形状は、ガラスロッド１１の出射面の形状であり、また、このガラスロッド１１の出射面の形状は液晶ライトバルブ８の表示面の形状と相似形であり、例えば矩形である。
【００５５】
そして、この投射レンズ９において、開口絞り９ｂの開口部の形状は、前述したように、この投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の形状と相似形状となっている。すなわち、この投射レンズ９の開口絞り９ｂの開口部の形状は、例えばガラスロッド１１の出射面の形状と相似の矩形である。
【００５６】
従って、この投射レンズ９においては、光源１よりコンデンサレンズ７に至る照明光学系により、投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の周囲に余分な開口が存在することが防止されており、このような余分な開口を不要光が通過してスクリーンに到達することによる表示画質の画質の低下が防止されている。
【００５７】
次に、本発明の実施の各形態について順に説明する。
【００５８】
＜第１の実施の形態＞
図３は、第１の実施の形態の画像表示装置を示す平面図である。図３において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図３における投射レンズ９は焦点距離可変型であるとする。
【００５９】
図３では簡略化のためモノクロ表示の画像表示装置として図示しているが、カラー表示の画像表示装置として構成している。第１及び第２のレンズアレイ３，４を透過した照明光のうち光軸Ｌ０から遠い光束について所定の波長域の光束を遮断してレベルを落とし残りの光束についてそのまま透過させるフィルタ１３を設けることにより、表示画像における色バランスの調整を行うことができる。ここでは、第２のレンズアレイ４におけるＰＳコンバイナ５側の面に色バランス調整用のフィルタ１３を設けているが、第１のレンズアレイ３の光源１側の面、第１及び第２のレンズアレイ３，４間、第２のレンズアレイ４と重ね合わせレンズ６との間等に設置することができる。フィルタ１３は、遮断する波長帯域の光束については、光束を遮断する面積に応じて、この波長帯域の光束の表示画像におけるレベルを低下させる。また、フィルタ１３は、光軸Ｌ０から遠い光束について所定の波長域の光束を遮断するので、遮断する波長域については、光束の径を小さくすることとなる。従って、このフィルタ１３によって遮断される波長帯域については、照明光学系のＦ値が大きくなることとなる。
【００６０】
そして、第１の実施の形態においては、図３に示すように、投射レンズ９の焦点距離可変操作に応じて開口絞り９ｂの開口面積を可変する面積可変機構９０を備えており、開口絞り９ｂの開口面積を可変できるように構成している。なお、開口絞り９ｂの開口面積を可変するための具体的な構成は、周知の機構的構成を採用することができる。このように開口絞り９ｂの開口面積を可変とすることにより、色バランス調整用のフィルタ１３を備えた画像表示装置において、色バランスの調整をより良好なものとすることができる。
【００６１】
すなわち、照明光学系において光軸から離れた位置（外周側）の光路を経る照明光は、フィルタ１３によって所定の波長帯域の光束を遮断（または減光）されるとともに、投射レンズ９の瞳位置においては、開口絞り９ｂの開口部内の外周側（光軸から離れた位置）の光路を経る。
【００６２】
ここで、開口絞り９ｂの開口部が充分に広い場合には、フィルタ１３を透過した照明光とフィルタ１３を透過しない（光軸に近い側の）照明光との双方が開口絞り９ｂの開口部を通過する。従って、この場合には、開口絞り９ｂを通過してスクリーン１０に到達する光束は、フィルタ１３によって色バランスを調整されたものとなる。
【００６３】
そして、開口絞り９ｂの開口部を狭くしていくと、フィルタ１３を透過した照明光がこの開口絞り９ｂによって外周側から遮断されていき、フィルタ１３を透過した照明光がスクリーン１０に到達する比率が減少する。開口絞り９ｂの開口部を充分に狭くした場合には、フィルタ１３を透過した照明光が全て遮断され、開口絞り９ｂを通過してスクリーン１０に到達する光束は、フィルタ１３による色バランスの調整を全くされていない光束のみとなる。
【００６４】
すなわち、開口絞り９ｂの開口部の広狭を調節することにより、フィルタ１３を透過した照明光がスクリーン１０に到達する比率を調整することができ、このフィルタ１３による色バランスの調整度合いを調整することができる。これにより、表示画像における色バランスを微調整することができる。
【００６５】
なお、第１の実施の形態及び後述する各実施の形態においては、第１の基本的構成であるフライアイレンズアレイ方式の照明光学系を用いた構成を示すが、第２の基本的構成であるロッドインテグレータ方式の照明光学系を用いた構成であってもよい。
【００６６】
＜第２の実施の形態＞
図４は、第２の実施の形態の画像表示装置を示す平面図である。図４において、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図４における投射レンズ９も焦点距離可変型であるとする。
【００６７】
第２の実施の形態における画像表示装置は、投射レンズ９の光軸（中心軸）を照明光学系の光軸Ｌ０に対して平行にオフセットさせたり、投射レンズ９の光軸（中心軸）を照明光学系の光軸Ｌ０に対して傾けることによって、あおりを持たせたものである。あおりは、画像表示装置をスクリーンに対する正面位置よりもオフセットした位置に設置した場合や、スクリーンの法線に対して傾斜して設置した場合においても、スクリーン上に表示される画像に歪みが生じないように補正する機能を有するものである。
【００６８】
第２の実施の形態においては、図４に示すように、投射レンズ９の光軸を照明光学系の光軸Ｌ０に対して平行にオフセットさせた状態を示している。このとき、照明光学系より射出して液晶ライトバルブ８を照明し、この液晶ライトバルブ８を経た変調光は、投射レンズ９において、この投射レンズ９の光軸よりオフセットした光路を通過して、スクリーン１０に至る。
【００６９】
そして、第２の実施の形態においては、投射レンズ９の開口絞り９ｂは、開口位置をこの投射レンズ９の光軸に対してオフセットさせることができるようになされている。すなわち、この投射レンズ９の開口絞り９ｂは、投射レンズ９の焦点距離可変操作に応じて開口絞り９ｂの開口位置を可変する位置可変機構９１を備えており、この投射レンズ９の光軸の照明光学系の光軸Ｌ０に対するオフセット量及びオフセット方向に応じて、この投射レンズ９の光軸に対する開口絞り９ｂの開口の位置を可変操作可能となされている。なお、開口絞り９ｂの位置を可変するための構成は、周知の機構的構成を採用することができる。
【００７０】
このように、第２の実施の形態においては、開口絞り９ｂの開口部の位置が投射レンズ９の光軸に対して可変操作可能となされていることにより、投射レンズ９の光軸を照明光学系の光軸Ｌ０に対してオフセットさせた場合において、開口絞り９ｂの開口部と変調光の光路とを一致させることができる。なお、この第２の実施の形態においても、開口絞り９ｂの開口部は、液晶ライトバルブ８の表示面の形状と相似形状である矩形となされている。
【００７１】
このように、開口絞り９ｂの開口部と変調光の光路とが一致することにより、照明光学系により投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の周囲に余分な開口が存在することが防止され、このような余分な開口を不要光が通過してスクリーンに到達することによる表示画質の画質の低下が防止される。
【００７２】
＜第３の実施の形態＞
図５及び図６は第３の実施の形態の画像表示装置を示す平面図であり、図５は焦点距離可変型の投射レンズを短焦点端（ＷＩＤＥ）としたときの状態、図６は焦点距離可変型の投射レンズを長焦点端（ＴＥＬＥ）としたときの状態を示している。
【００７３】
第３の実施の形態における画像表示装置の投射レンズ９は、焦点距離可変レンズ（ズームレンズ）となっており、焦点距離の可変は、投射レンズ９における入射側レンズ９ａと出射側レンズ９ｃとの間の距離を可変させることによって実現される。これら入射側レンズ９ａ及び出射側レンズ９ｃからなる投射レンズ９の合成焦点距離は、これら入射側レンズ９ａ及び出射側レンズ９ｃ間の距離によって変化するからである。
【００７４】
焦点距離可変レンズにおいては、入射側レンズ９ａ及び出射側レンズ９ｃ間の距離を変化させて合成焦点距離を変化させたとき、瞳位置も光軸Ｌ０方向に移動する。このような焦点距離の変化に伴う瞳位置の移動が生じないようにするためには、投射レンズを多数枚数のレンズによって構成し、各レンズを所定の方向に所定の距離だけ移動させることによって瞳位置の移動を補正することが必要となり、複雑なレンズ構成及び移動制御機構が必要となる。このような複雑なレンズ構成及び移動制御機構を備えることは、投射レンズの大型化を招来する。
【００７５】
そこで、第３の実施の形態においては、投射レンズ９の大型化を避けるために、焦点距離の変化に伴う瞳位置の移動を補正していない。
【００７６】
そして、第３の実施の形態においては、位置面積可変機構９２によって焦点距離の変化に伴う瞳位置の移動に応じて、開口絞り９ｂの位置を光軸Ｌ０方向に可変としている。すなわち、投射レンズ９においては、焦点距離を変化させて瞳位置が移動しても、この瞳位置と開口絞り９ｂの位置とを一致させることができる。
【００７７】
従って、投射レンズ９においては、瞳位置と開口絞り９ｂの位置とを常に一致させることができ、照明光学系により投射レンズ９の瞳位置に形成される光源像の周囲に余分な開口が存在することを防止し、このような余分な開口を不要光が通過してスクリーンに到達することによる表示画質の画質の低下を防止することができる。
【００７８】
なお、第３の実施の形態においても、開口絞り９ｂの開口部は、液晶ライトバルブ８の表示面の形状と相似形状である矩形となされている。
【００７９】
投射レンズ９を焦点距離可変レンズとした場合においては、入射側レンズ９ａ及び出射側レンズ９ｃ間の距離を変化させて合成焦点距離を変化させたとき、瞳位置における光源像の大きさも変化し、焦点距離の変化に伴ってＦ値が変化することとなる。
【００８０】
焦点距離の変化に伴うＦ値の変化が生じないようにするためには、投射レンズを多数枚数のレンズによって構成し、各レンズを所定の方向に所定の距離だけ移動させることによってＦ値の変化を補正することが必要となり、複雑なレンズ構成及び移動制御機構が必要となる。このような複雑なレンズ構成及び移動制御機構を備えることは、投射レンズの大型化を招来する。
【００８１】
そこで、第３の実施の形態においては、投射レンズ９の大型化を避けるために、焦点距離の変化に伴うＦ値の変化を補正していない。
【００８２】
そして、第３の実施の形態においては、位置面積可変機構９２によって、焦点距離の変化に伴うＦ値の変化、すなわち、瞳位置における光源像の大きさの変化に応じて、開口絞り９ｂの開口部の大きさを可変としている。すなわち、この投射レンズ９においては、焦点距離を変化させてＦ値が変化しても、瞳位置における光源像の大きさと開口絞り９ｂの開口部の大きさとを一致させることができる。
【００８３】
＜第４の実施の形態＞
上述した第１〜第３の実施の形態は、液晶ライトバルブ８を透過型の液晶表示素子とし、カラー表示の画像表示装置の場合であっても簡略化のためモノクロ表示の画像表示装置として図示しているが、図７に示す第４の実施の形態においては、反射型の液晶表示素子を用い、カラー表示の画像表示装置として図示して具体的に説明することとする。
【００８４】
図７において、光源２１から出射した白色光の照明光は、リフレクタ２２で反射されて平行な光束として出射される。リフレクタ２２により反射された照明光は赤色光／紫外光カットフィルタ３１を透過することにより、画像の表示に不要な赤外光及び紫外光が遮断され、後段の光学系の発熱を抑えるようにしている。赤色光／紫外光カットフィルタ３１を透過した照明光は、第１〜第３の実施の形態と同様、第１及び第２のレンズアレイ２３，２４の各レンズセルごとに集光される。
【００８５】
第２のレンズアレイ２４から出射した照明光はＰＳコンバイナ２５に入射され、後段の偏光光学系における光の利用効率を向上させるためＳ偏光またはＰ偏光に揃えられる。重ね合わせレンズ２６は、第１及び第２のレンズアレイ２３，２４の各レンズセルの像が後述する液晶ライトバルブ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂの表示面上で重なり合うよう、各レンズセルからの光を重ね合わせて出射する。コンデンサレンズ２７は重ね合わせレンズ２６からの光を集光して後段の光学系に供給する。
【００８６】
第２のレンズアレイ２４のレンズセルを形成していない側の面、ここでは第１のレンズアレイ２３側の面には、色バランス（ホワイトバランス）を調整するため波長選択性のあるフィルタ（色バランス調整用フィルタ）２４１が設けられている。このフィルタ２４１は緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光を遮断し、赤色（Ｒ）光を透過させるフィルタが好ましい。また、フィルタ２４１を第２のレンズアレイ２４とは別体で設けてもよいが、フィルタ２４１を第２のレンズアレイ２４に蒸着して一体化させることが好ましい。
【００８７】
なお、第１〜第３の実施の形態においては、第１及び第２のレンズアレイ３，４のレンズセル形成面を対向させるよう配置しており、第４の実施の形態においては、第１及び第２のレンズアレイ２３，２４のレンズセル形成面を互いに外側に向くよう配置しているが、２つのレンズアレイの配置の仕方は任意であり、２つのレンズアレイ双方のレンズセル形成面を光の出射方向またはその逆方向に向けるよう配置してもよい。
【００８８】
ここで、図８を用いてフィルタ２４１を備える第２のレンズアレイ２４の構成について詳細に説明する。図８において、（Ａ）はフィルタ２４１の第１の例、（Ｂ）はフィルタ２４１の第２の例である。図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２のレンズアレイ２４のレンズセル非形成面は複数のエリアに区画されており、中央部の区画を除く外周部の区画にフィルタ２４１が蒸着されている。この区画は第２のレンズアレイ２４のレンズセルの大きさに対応したものとすることが好ましい。
【００８９】
図８（Ａ）は複数の区画における外周部の左右方向の一部にフィルタ２４１を蒸着しない部分を設けた例、図８（Ｂ）は複数の区画における外周部の上下方向の一部にフィルタ２４１を蒸着しない部分を設けた例である。フィルタ２４１を蒸着しない部分を左右方向に設けるか上下方向に設けるかは、画像表示装置を構成する後述の偏光ビームスプリッタや図７では省略している１／４波長板の特性に応じて適宜選択すればよい。いずれにしても、色バランスをより適切に調整できたり、コントラストを高くできる方に設ければよい。
【００９０】
図７に戻り、コンデンサレンズ２７から出射した照明光はポライライザ３２に入射され、ポライライザ３２は特定の偏光成分のみ透過させる。波長選択性位相板３３は特定の波長の光のみを変調し、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３４に入射させる。実線で示すＧ光はＰＢＳ３４の接合面を通過し、さらにＰＢＳ３５の接合面を通過してＧ光用の液晶ライトバルブ２８Ｇに入射する。液晶ライトバルブ２８Ｇによって変調された戻り光のＧ光はＰＢＳ３５の接合面で反射してＰＢＳ３９に入射する。
【００９１】
ＰＢＳ３４の接合面で反射した一点鎖線で示すＲ光と破線で示すＢ光は波長選択性位相板３６を介してＰＢＳ３７に入射する。Ｒ光とＢ光のうち、Ｒ光はＰＢＳ３７の接合面を通過してＲ光用の液晶ライトバルブ２８Ｒに入射する。液晶ライトバルブ２８Ｒによって変調された戻り光のＲ光はＰＢＳ３７の接合面で反射して波長選択性位相板３８を介してＰＢＳ３９に入射する。
【００９２】
さらに、Ｂ光はＰＢＳ３７の接合面で反射してＢ光用の液晶ライトバルブ２８Ｂに入射する。液晶ライトバルブ２８Ｂによって変調された戻り光のＢ光はＰＢＳ３７の接合面を通過し、波長選択性位相板３８を介してＰＢＳ３９に入射する。ＰＢＳ３９に入射したＧ光はＰＢＳ３９の接合面で反射し、ＰＢＳ３９に入射したＲ，Ｂ光はＰＢＳ３９の接合面を通過することにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ光が合成されて出射する。ＰＢＳ３９から出射した合成光はアナライザ４０に入射され、アナライザ４０は特定の偏光成分のみ透過させて、投射レンズ５００へと入射させる。なお、破線にて囲んだ波長選択性位相板３３，３６，３８及びＰＢＳ３４，３５，３７，３９は色分解合成光学系３００を構成している。
【００９３】
次に、投射レンズ５００の具体的構成及び動作について説明する。投射レンズ５００は、図７に示すように、凸レンズ５１，５４（以下、単にレンズと称する）及び凹レンズ５２，５５（以下、単にレンズと称する）を備えており、さらに、レンズ５２とレンズ５４との間に配置された開口絞り５３を備えて構成されている。なお、レンズの枚数はこれに限定されるものではなく、適宜設定でき、また、開口絞り５３の位置も図７に示す例に限定されるものではない。
【００９４】
図７に示すように、投射レンズ５００の中心軸を、液晶ライトバルブ２８Ｂ，ＰＢＳ３９，アナライザ４０の光軸に対して図７の上方にオフセットさせており、あおり投射を行うよう構成している。
【００９５】
このように構成される投射レンズ５００におけるレンズ５２，５４は焦点距離の可変操作（ズーミング）に伴って光軸方向に移動するように構成しており、開口絞り５３も焦点距離の可変操作に伴って光軸方向に移動するように構成している。焦点距離の可変操作を行う操作部６１は、画像表示装置の本体に設けられているか、あるいはリモコン送信機であり、操作部６１による焦点距離の可変操作の指示信号は例えばマイクロコンピュータよりなる制御部６２に供給される。制御部６２は指示信号に従って駆動部６３を制御して、レンズ５２，５４及び開口絞り５３を光軸方向に移動させる。駆動部６３はモータを備えており、一例として投射レンズ５００の鏡筒に設けたカムに沿ってカムフォロワをモータの駆動力により移動させることにより、レンズ５２，５４及び開口絞り５３を光軸方向に移動させることができる。勿論、モータを設けず、手動にてレンズ５２，５４及び開口絞り５３を移動させてもよい。
【００９６】
図９において、（Ａ）は投射レンズ５００を短焦点端（ＷＩＤＥ）とした状態のレンズ５２，５４及び開口絞り５３の位置を、（Ｂ）は投射レンズ５００を長焦点端（ＴＥＬＥ）とした状態のレンズ５２，５４及び開口絞り５３の位置示している。ＷＩＤＥの状態からＴＥＬＥの状態へと焦点距離の可変操作するに応じて、レンズ５２はレンズ５１側へと、開口絞り５３及びレンズ５４はレンズ５５側へと移動する。開口絞り５３の移動量とレンズ５４の移動量は異なる。
【００９７】
第４の実施の形態においては、開口絞り５３は焦点距離の可変操作に伴って光軸方向に移動するだけではなく、開口絞り５３の開口面積が可変される。これについて図１０〜図１３を用いて説明する。図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、開口絞り５３は一例として２枚の略Ｌ字状の板（以下、Ｌ字板と称する）５３１，５３２とよりなり、Ｌ字板５３１，５３２には２つの互いに平行のカム5311，5321が形成されており、カム5311，5321にはピン状のカムフォロワ5312，5322が係合している。
【００９８】
カムフォロワ5312，5322がカム5311，5321内を移動することにより、Ｌ字板５３１，５３２は互いに近接したり離間するようになっている。Ｌ字板５３１は矢印Ｄ１方向に移動し、Ｌ字板５３２は矢印Ｄ２方向に移動する。カム5311とカム5321とは平行でないので、矢印Ｄ１，Ｄ２は互いに平行ではない。
【００９９】
このように構成される開口絞り５３において、図１０（Ａ）は投射レンズ５００を短焦点端（ＷＩＤＥ）としたときの開口絞り５３の状態、図１０（Ｂ）は投射レンズ５００を長焦点端（ＴＥＬＥ）としたときの開口絞り５３の状態を示している。図１０（Ａ）の状態において、Ｌ字板５３１，５３２によって矩形状の開口５３０Ｗが形成されている。図１０（Ｂ）の状態において、Ｌ字板５３１，５３２によって矩形状の開口５３０Ｔが形成されている。Ｌ字板５３１，５３２によって形成される任意の大きさの矩形状の開口を５３０と称することとする。開口面積の最も小さい開口５３０が開口５３０Ｗであり、開口面積の最も大きい開口５３０が開口５３０Ｔということになる。
【０１００】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は投射レンズ５００を光軸方向に見た場合の焦点距離の可変操作に伴う鏡筒５０１に対する開口５３０の位置と大きさの変化を示している。図１１（Ａ）は投射レンズ５００を短焦点端（ＷＩＤＥ）としたときの開口絞り５３の状態、図１１（Ｃ）は投射レンズ５００を長焦点端（ＴＥＬＥ）としたときの開口絞り５３の状態、図１１（Ｂ）は投射レンズ５００を短焦点端と長焦点端との中間（ＭＩＤＤＬＥ）としたときの開口絞り５３の状態を示している。
【０１０１】
まず、図１１（Ａ）において、開口５３０Ｗの中心Ｃは水平軸Ｘと垂直軸Ｙとの交点よりも上側に位置している。次に、図１１（Ｂ）において、開口５３０は開口５３０Ｗよりも大きい開口５３０Ｍとなっており、開口５３０Ｍの中心Ｃは図１１（Ａ）と比較して交点に近付いている。さらに、図１１（Ｃ）において、開口５３０Ｔの中心Ｃは交点よりも若干下側に移動している。
【０１０２】
図１２に開口５３０Ｗと開口５３０Ｍと開口５３０Ｔを重ねて示している。図１２より分かるように、開口５３０は、短焦点端から長焦点端に向かうに従って、水平（左右）方向ではほぼ左右均等に拡大していくものの、垂直（上下）方向では上下均等に拡大していくのではなく、上側よりも下側により多く拡大するよう上下不均等に拡大していく。これは、投射レンズ５００を上方向にオフセットさせてあおりを持たせているからである。但し、開口５３０Ｗ，５３０Ｍ，５３０Ｔは互いに相似であり、面積が異なる。
【０１０３】
図１３は、投射レンズ５００の焦点距離の変化に対する開口５３０の水平（Ｘ）方向の幅と垂直（Ｙ）方向の幅と開口５３０の中心ＣのＹ方向のオフセット量の変化を示している。なお、焦点距離や開口５３０のＸ，Ｙ方向の幅及びＹ方向のオフセット量の具体的数値は単なる一例であり、画像表示装置全体の設計に応じて最適な数値は異なる。
【０１０４】
図１３に示すように、開口５３０のＸ，Ｙ方向の幅は、短焦点端から長焦点端に向かうに従って、ほぼ直線状に広がっていく。これに対し、開口５３０の中心ＣのＹ方向のオフセット量は短焦点端において最も上側にずれた状態から長焦点端に近付く途中で水平軸Ｘと垂直軸Ｙとの交点と一致し、焦点端において最も下側にずれた状態となるよう、曲線状に変化していく。
【０１０５】
以上の構成により、第４の実施の形態においては、照明光学系により集光された所定形状（例えば矩形）と略相似の開口形状を有する開口絞り５３を備えているので、不要光を通過させることがないので、表示画像の画質を低下させることがなくコントラストの高い投射画像を得ることができる。また、開口絞り５３の開口５３０の面積は、焦点距離の可変操作に応じて最適な大きさに可変制御されるので、表示画像の画質を低下させることもないし、必要な光を遮断してしまって光の利用効率を低下させてしまうということもない。
【０１０６】
さらには、投射レンズ５００を光軸に対してオフセットさせてあおり投射を行う場合であっても、開口絞り５３の開口５３０のあおり方向の位置（光軸に対する位置）が焦点距離の可変操作に応じて常に最適な位置に可変制御される。従って、第２のレンズアレイ２４にフィルタ２４１を設けることによって色バランスを最適に調整していたものが、焦点距離の可変操作に応じて色バランスがくずれてしまうという不具合を発生させることなく、常に色バランスを最適な状態に維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】第１の基本的構成を示す平面図である。
【図２】第２の基本的構成を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態を示す平面図である。
【図４】第２の実施の形態を示す平面図である。
【図５】第３の実施の形態における投射レンズを短焦点端とした状態を示す平面図である。
【図６】第３の実施の形態における投射レンズを長焦点端とした状態を示す平面図である。
【図７】第４の実施の形態を示す平面図である。
【図８】図７における第２のレンズアレイ２４の構成例を示す平面図である。
【図９】図７における投射レンズ５００の短焦点端と長焦点端の状態を示す平面図である。
【図１０】図７における開口絞り５３の短焦点端と長焦点端の状態を示す平面図である。
【図１１】図７における開口絞り５３の開口の焦点距離に応じた変化を説明するための図である。
【図１２】図７における開口絞り５３の焦点距離に応じた開口を重ねた状態で示す図である。
【図１３】図７における開口絞り５３の開口面積及び光軸に対する位置を示す特性図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２１  光源
３，２３  第１のレンズアレイ
４，２４  第２のレンズアレイ
６，２６  重ね合わせレンズ
７，２７  コンデンサレンズ
８，２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂ  液晶ライトバルブ（空間光変調素子）
９，５００  投射レンズ
９ｂ，５３  開口絞り
１３，２４１  フィルタ（色バランス調整用フィルタ）
６３  駆動部（位置可変機構，面積可変機構）
９０，９２  面積可変機構
９１，９２  位置可変機構
【図１】
2005202366.tif 000003
【図２】
2005202366.tif 000004
【図３】
2005202366.tif 000005
【図４】
2005202366.tif 000006
【図５】
2005202366.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005202366.tif 000009
【図８】
2005202366.tif 000010
【図９】
2005202366.tif 000011
【図１０】
2005202366.tif 000012
【図１１】
2005202366.tif 000013
【図１２】
2005202366.tif 000014
【図１３】
2005202366.tif 000015