(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の光を放射する照明手段と、
前記照明手段より放射される光を変調する画像表示手段と、を備えた画像表示装置において、
前記照明手段は、時分割制御により光量制御して光を放射する光制御素子が一平面内でマトリックス状に複数配置された光源光量制御手段を備え、
前記画像表示手段は、一平面内でマトリックス状に複数配置され、前記光制御素子の時分割制御と同期して前記照明手段より放射される光を光量変調する画素を備え、
前記光源光量制御手段と前記画像表示手段は、１つの前記光制御素子から放射された光が、その光制御素子に一対一で対応する１つの前記画素を照明する関係を除く所定の関係を備え、
前記光源光量制御手段における前記光制御素子が放射する光量は、前記光制御素子が対応する画素のうち、最も輝度値の高い画素に対応する光量であり、
前記光源光量制御手段は、入力される照明信号に応じて択一的に反射方向を定めることにより光を時分割制御する光反射角可変ミラー素子が一平面内でマトリックス状に配列されているミラーデバイスであり、
前記画像表示手段は、入力される映像信号に応じて択一的に反射方向を定めることにより前記照明手段より放射された光を時分割制御する光反射角可変ミラー素子が一平面内でマトリックス状に配列されているミラーデバイスであり、
前記光源光量制御手段と前記画像表示手段とが略共役関係であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光源光量制御手段における前記光制御素子の数は、前記画像表示手段における前記画素の数より少なく、
前記所定の関係は、１つの前記光制御素子から放射された光が、その光制御素子に対応する複数個の前記画素を照明する関係であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記所定の関係は、複数個の前記光制御素子から放射された光が、それらの光制御素子に対応する１つ以上の前記画素を照明する関係であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記照明手段は、放電ランプと、
前記放電ランプからの光が入力され、該光を複数の色に順次連続に分解して出力するカラーホイールと、を備えることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置による変調光を被投影面に投影する投影光学系と、を備えていることを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置及び投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶パネル（ＬＣＤ）や米国テキサスインスツルメンツ社のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）などの画像表示素子によって変調された照明光を、スクリーンなどの被投影面に投影する投影装置が、ホームシアター用プロジェクタなどとして広く用いられるようになってきた。
【０００３】
このような投影装置は、通常、照明光を変調する画像表示素子と、該画像表示素子に照明光を照射するための照明光学系と、該画像表示素子による変調光を被投影面に投影するための投影光学系とを有している。
【０００４】
投影装置により被投影面であるスクリーン等に投影され表示される画像に対し要求される品質は、表示画像の高精細化に伴いより高い品質が望まれている。表示画像の高品質化に対応するための品質改善の中に高コントラスト化があり、例えば以下に示す２つの液晶素子を直列に配置する方法がある。
【０００５】
特許文献１においては、２つの液晶素子を直列に配置して、液晶素子に入射する光量の内、スクリーン上に到達する光量を２つの液晶素子の透過率の積としている。このようにすると、２つの液晶素子それぞれに信号レベルが０（ゼロ）の黒レベルの駆動信号を入力したとき、光が透過する透過率をＡとする一つの液晶パネルを２つ透過した後の光の透過率はＡの自乗となり、より透過率を低く抑えて黒レベルにより近づけることができ、コントラスト範囲を広げることができるとしている。
【０００６】
特許文献２においては、照明制御用の第１の液晶素子と画像表示用の第２の液晶素子を備え、光源からの光により第２の液晶素子が照明される領域と光量を、第１の液晶素子が制御している。第１の液晶素子を制御することにより画像表示用の第２の液晶素子の特定の領域を必要な表示輝度に応じた必要光量で照明することにより、必要以上の光量で照明された第２の液晶素子から発生する迷光などの不要光を抑えることによりコントラストを高めるとしている。
【特許文献１】米国特許第５９７８１４２号明細書
【特許文献２】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】
液晶素子（液晶パネル）やＤＭＤ等を用いたプロジェクタによる高品質が望まれる表示画像にカラー画像が含まれることは勿論である。特許文献２に記載されているような２つの液晶素子を直列に配置した構成を備えた液晶プロジェクタでカラー画像を表示をする場合について図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、従来例として液晶プロジェクタの構成を示している。図１１は、放電ランプ１から放射される光量が投影レンズ１０より射出されるまでに変化する状態を模式的に示している。
【０００８】
放電ランプ１から発生した光をＵＶ／ＩＲカットフィルタ３で可視光域以外の光をカットする。その後ＰＳ変換光学素子１１にて偏光方向をほぼ一律にし、第１のフライアイインテグレータ１２にて光を分割して第１の液晶素子７’の各セルに結像させる。この段階で放電ランプ１から発せられて第１の液晶素子７’に到達した白色（Ｗ）光の光量を３００（光量を説明のために示す値）とする光（図１１（ａ））を第１の液晶素子７’により半分の１５０に減衰させる（図１１（ｂ））。尚、光学素子等における制御されない透過率や反射率等による損失による光量低下は、説明を容易にするため省略する。
【０００９】
減衰させた光を第２のフライアイインテグレータ１３、リレーレンズ１４ａを通過させた後、ダイクロミラー１５ａ，１５ｂで放電ランプ１の白色光を３色に空間分割する。白色光をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に均等分割したものとしてそれぞれの光量は５０に分割される（図１１（ｃ））。その後各色の光は、リレーレンズ１４ｂ、１４ｃ、フィールドレンズ１７ａ、１７ｂ、１７ｃや偏光板１８ａ〜１８ｆなどを通過後、各色それぞれの第２の液晶素子９’ａ、９’ｂ、９’ｃに到達する。
【００１０】
投影レンズ１０によりスクリーン（図示しない）上に表示される画像を構成するＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの光量を１０、２０、５０とすると、各色成分光量５０から画像を構成するそれぞれの色の光量に第２の液晶素子９’ａ、９’ｂ、９’ｃの透過率制御にて調整する（図１１（ｄ））。最後に各色光はクロスプリズム１９で合成され投影レンズ１０よりスクリーンに向けて射出される（図１１（ｅ））。
【００１１】
この場合、図１１（ｂ）で示した第１の液晶素子７’により減衰させた光量を１５０としたのは、Ｂ（青色）に対応する液晶素子９’ｃを照射する必要光量である５０を確保するためである。このため、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）に対応する第２の液晶素子９’ａ、９’ｂの照明光量は、Ｂ（青色）に必要な光量の確保のため必要以上に大きくなってしまう。このため、第２の液晶素子の入射面等で反射や散乱した光が迷光等の不要光となり投影レンズ１０に入り込んでスクリーン上に到達して表示画像のコントラストを低下させて画像品質の低下を招いてしまうという問題を生じる。このようなカラー画像表示におけるコントラストに関しては、特許文献１及び２のいずれにも言及していない。
【００１２】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、不要光をより低減することにより、コントラストのより高い高品質のカラー画像表示を可能とする画像表示装置、この画像表示装置を備えた投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１４】
１．  複数色の光を放射する照明手段と、
前記照明手段より放射される光を変調する画像表示手段と、を備えた画像表示装置において、
前記照明手段は、時分割制御により光量制御して光を放射する光制御素子が一平面内でマトリックス状に複数配置された光源光量制御手段を備え、
前記画像表示手段は、一平面内でマトリックス状に複数配置され、前記光制御素子の時分割制御と同期して前記照明手段より放射される光を光量変調する画素を備え、
前記光源光量制御手段と前記画像表示手段は、１つの前記光制御素子から放射された光が、その光制御素子に一対一で対応する１つの前記画素を照明する関係を除く所定の関係を備え、
前記光源光量制御手段における前記光制御素子が放射する光量は、前記光制御素子が対応する画素のうち、最も輝度値の高い画素に対応する光量であり、
前記光源光量制御手段は、入力される照明信号に応じて択一的に反射方向を定めることにより光を時分割制御する光反射角可変ミラー素子が一平面内でマトリックス状に配列されているミラーデバイスであり、
前記画像表示手段は、入力される映像信号に応じて択一的に反射方向を定めることにより前記照明手段より放射された光を時分割制御する光反射角可変ミラー素子が一平面内でマトリックス状に配列されているミラーデバイスであり、
前記光源光量制御手段と前記画像表示手段とが略共役関係であることを特徴とする画像表示装置。
【００１５】
２．  前記光源光量制御手段における前記光制御素子の数は、前記画像表示手段における前記画素の数より少なく、
前記所定の関係は、１つの前記光制御素子から放射された光が、その光制御素子に対応する複数個の前記画素を照明する関係であることを特徴とする１に記載の画像表示装置。
【００１６】
３．  前記所定の関係は、複数個の前記光制御素子から放射された光が、それらの光制御素子に対応する１つ以上の前記画素を照明する関係であることを特徴とする１に記載の画像表示装置。
【００１７】
４．  前記照明手段は、放電ランプと、
前記放電ランプからの光が入力され、該光を複数の色に順次連続に分解して出力するカラーホイールと、を備えることを特徴とする１から３の何れか一項に記載の画像表示装置。
【００２３】
５．  １から４の何れか一項に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置による変調光を被投影面に投影する投影光学系と、を備えていることを特徴とする投影装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の画像表示装置、この画像表示装置を備えた投影装置によれば、不要光をより低減することができ、コントラストのより高い高品質のカラー画像表示を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。以下、本発明に係わる画像表示装置を備えた投影装置等を図を参照しつつ説明する。尚、各実施形態の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複の説明を適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１に本発明に係わる投影装置の例として投影装置５００を示し、これを用いて投影装置に関して説明する。投影装置５００は、放電ランプ１から第２のミラーデバイス（以降、ＭＤと称す。）９までで構成される画像表示装置と投影光学系である投影レンズ１０より構成されている。
【００２６】
放物面を反射面とするリフレクタを備えた放電ランプ１から発せられ、照明光となる光は、集光光学系２を通過し、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ３によって可視光以外の成分がカットされた後、カラーホイール４に入射する。放電ランプ１が備えているリフレクタの反射面を楕円面とし、その焦点位置に放電ランプ１が配置され、放電ランプ１から射出する光束を収束光としてカラーホイール４に入射させてもよい。
【００２７】
カラーホイール４は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長の光をそれぞれ透過する３つのカラーフィルタを備え、それぞれのカラーフィルタ形状は円板を３等分した扇形状で、これら３つのカラーフィルタが枠体に固定されて円板形状をなしている。カラーホイール４を光路に対して垂直に挿入し、回転させることによって、カラーホイール４に入射した白色の光は、時間的に順次切り替えられた３色に等時分割される。尚、カラーフィルタは、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の組み合わせに限定されることはなく、例えば、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の３色の組み合わせなど、カラー画像の表示が可能な他の組み合わせを用いてもよい。また、３色に限定されることはなく、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙのように４色４分割の組み合わせでもよい。また、色のちらつきを防止するために、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｇ、Ｂのように３色６分割の組み合わせや、それ以上の分割を用いてもよい。また、３色の分割割合も、光源光量に応じて適宜変えてもよい。
【００２８】
カラーホイール４を通過した光束は、ロッドインテグレータ５に入射する。ロッドインテグレータ５に入射した光束は、壁面で反射を繰り返すことでミキシングされ、ロッドインテグレータ５の射出面では、面内光量分布の均一性が高められる。ロッドインテグレータ５より射出された光は、照明のリレー光学系６により光源光量制御手段である第１のミラーデバイス（以降、ＭＤ）７を光量分布が良好な均一な状態で照明する。これまで説明した放電ランプ１から第１のＭＤ７は、本発明に係わる照明手段を構成している。
【００２９】
ここで、第１のＭＤ７と後述の画像表示手段である第２のＭＤ９に関して説明する。第１のＭＤ７と第２のＭＤ９は、一平面内でマトリックス状に配列された複数の１０μｍ角程度の微小な光反射角可変ミラー素子を備えているミラーデバイスである。第１のＭＤ７が備えているミラー素子は、本発明に係わる光制御素子であり、第２のＭＤ９が備えているミラー素子は、本発明に係わる画素である。ミラーデバイスが備えているこれら各々のミラー素子は、入力される信号に応じてミラーに入射する光を異なる二方向のうちいずれかの方向に択一的に反射する。このようなミラーデバイスとしては、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）がある。ＤＭＤは、ミラー素子の応答速度が速いため光の時分割制御（後述のＯＮ／ＯＦＦ状態の切替制御）に好適であり、また反射を利用するため光の利用効率が良いので好ましい。以降、第１のＭＤ７、第２のＭＤ９は、どちらもＤＭＤとして説明する。
【００３０】
ＤＭＤが備えているミラー素子の反射角を所望の方向にする（ＯＮ状態）場合、ＤＭＤに入力する信号をＯＮ信号と称し、所望の方向にしない（ＯＦＦ状態）場合に入力する信号をＯＦＦ信号と称することにする。また、ＯＮ状態のミラー素子に入射した光が偏向されて射出された光をＯＮ光と称し、ＯＦＦ状態のミラー素子に入射した光が偏向されて射出された光をＯＦＦ光と称することにする。
【００３１】
リレー光学系６より射出されるＲＧＢ各色の光は、第１のＭＤ７を順次ＲＧＢ各色で照明し、第１のＭＤ７を照明した光は、第１のＭＤ７が備えている光制御素子により変調され反射されてリレー光学系８に入射する。リレー光学系８より射出される光は、第２のＭＤ９を照明するため、第２のＭＤ９は、順次ＲＧＢ各色で照明されることになる。第１のＭＤ７と第２のＭＤ９は、リレー光学系８により共役関係としているため、ＯＮ状態の第１のＭＤ７から反射した光は、効率よく第２のＭＤ９を照明することができる。
【００３２】
本発明に係わる第１のＭＤ７の光制御素子であるミラー素子の数と第２のＭＤ９の画素であるミラー素子の数とは等しく、且つ、第１のＭＤ７と第２のＭＤ９は、１つの光制御素子より反射された光が、この光制御素子に一対一で対応する１つの画素を照明する関係としている。例えば、図３に模式的に示す第１のＭＤ７の光制御素子７ｃは、第２のＭＤ９の画素９ｃに一対一で対応している。第１のＭＤ７の光制御素子面を照明した光の内、ＯＮ状態の光制御素子７ｃからの反射光はＯＮ光として、第２のＭＤ９に向かって進み、光制御素子７ｃに一対一で対応する第２のＭＤ９の画素９ｃを照明する構成となっている。
【００３３】
カラーホイール４により等時分割されたＲＧＢ各色の光は、光制御素子７ｃを順次照明し、光制御素子７ｃによりＯＮ光として反射された各色の光は、リレー光学系８により画素９ｃを照明する。この時、光制御素子７ｃと画素９ｃと同様に、第１のＭＤ７を構成する他の光制御素子も一対一に対応した第２のＭＤ９の画素を照明する。
【００３４】
図１に示すように、第１のＭＤ７には第１のＭＤ制御装置２４が接続され、第２のＭＤ９には第２のＭＤ制御装置２５が接続されている。第１のＭＤ制御装置２４は、第１のＭＤ７が備えている複数の光制御素子それぞれに対してＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する照明信号を第１のＭＤ７に出力し、第２のＭＤ制御装置２５は、第２のＭＤ９が備えている複数の画素それぞれのＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する映像信号を第２のＭＤ９に出力する。
【００３５】
第１のＭＤ制御装置２４と第２のＭＤ制御装置２５は、画像データ供給部２３より供給される同じ画像データに基づき、且つ、同期してそれぞれに接続されている第１のＭＤ７及び第２のｐＭＤ９が備えている光制御素子及び画素の制御を行っている。
【００３６】
第２のＭＤ９を照明した光は、第２のＭＤ９が備えている画素により変調され反射されて投影レンズ１０に入射し、スクリーン上に画像を形成する。第２のＭＤ９の画素は、第２のＭＤ９を照明する光の色に同期して、その各色に対応する画像を形成し、この画像を投影レンズ１０によりスクリーン上に投影することにより眼の残像現象を利用してカラー画像を表示している。尚、第１のＭＤ７と第２のＭＤ９において、放電ランプ１から放射される光は、第１のＭＤ７及び第２のＭＤ９の両者にＯＮ信号が入力され、両者からのＯＮ光が投影光学系である投影レンズ１０よりスクリーン上に画像を表示する構成としている。
【００３７】
ここで、放電ランプ１より放射された白色光が制御されてスクリーン（図示しない）上に投影されて画像を形成するまでに関して図２を用いて説明する。尚、図２におけるＩは光の強度、ｔは時間、Ｔはフレームレートを表している。
【００３８】
図２（ａ）は、放電ランプ１から放射される白色光Ｗが、時間に依存することなく一定輝度であることを模式的に示している。この状態の白色光Ｗがカラーホイール４に入射する。図２（ｂ）は、カラーホイール４から射出される際の光の状態を示している。カラーホイール４は、１／Ｔ時間で１回転することにより放電ランプ１からの白色光Ｗを等時分割する。ここで説明を容易にする便宜上、等時分割された光の強度Ｉは白色を構成する各色で正規化して１とし、各色が等時分割された時間幅１／（３×Ｔ）は１００として取り扱う。カラーホイール４により等時分割された各色の光量は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）何れも１００（輝度×時間幅）となる。尚、以降で説明する第１のＭＤ７及び第２のＭＤ９による光量制御以外による光学素子等の透過率や反射率等により生じる損失に起因する光量変化は、説明を容易にするため省略する。
【００３９】
図２（ｂ）に示す様に、カラーホイール４により等時分割された光は、リレー光学系６により第１のＭＤ７に導かれ、第１のＭＤ７が備えている光制御素子を照明する。ここで、画像データ供給部２３より供給される画像データに基づいて第２のＭＤ制御装置２５が第２のＭＤ９の画素を制御して形成する画像のうち画素９ｃ一画素に着目する。画素９ｃが形成する画像が、例えば図２（ｃ）に示す様に、フレーム周期１／Ｔを３分割したそれぞれの色の開始時点を起点してＲの時間幅が１０、Ｇの時間幅が２０、Ｂの時間幅が５０で構成されるとする。
【００４０】
この場合、第１のＭＤ７を制御する第１のＭＤ制御装置２４には、第２のＭＤ制御装置２５と同じ画像データが供給され、画素のＯＮ／ＯＦＦ制御と同期して光制御素子のＯＮ／ＯＦＦ制御（時分割制御）がなされる。このため、画素９ｃに一対一で対応する第１のＭＤ７の光制御素子７ｃも、図２（ｄ）に示すように、画像９ｃと同じ開始時点、同じ時間幅（Ｒの時間幅が１０、Ｇの時間幅が２０、Ｂの時間幅が５０）でＯＮ状態とすることができる。
【００４１】
上記で説明したように第１のＭＤ７の制御方法と第２のＭＤ９の制御方法は、同じとすることができるため、画像表示装置の制御構成を簡単にすることができる。また、この制御方法は、時分割されたＲＧＢ各色で順次連続して照明される従来のＤＭＤ単板式の投影装置における一枚の画像表示用ＤＭＤの制御方法と同じとすることができる。このため、従来の投影装置において、照明系を、例えば図１に示す放電ランプ１からリレー光学系８までで構成される照明系に置き換えることにより、不要光をより低減することができ、コントラストのより高い高品質の画像表示を可能とする投影装置とすることができる。
【００４２】
図４の投影装置５１０ように第１のＭＤ７の複数個の光制御素子から放射される光が第２のＭＤ９の１つの画素を照射する構成とすることにより、図３に示す第１のＭＤ７の光制御素子と第２のＭＤ９の画素とを一対一に対応させる場合と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
第１のＭＤ７と第２のＭＤ９の光制御素子と画素が一対一で対応する場合が最も効率よく不要光を除去できるためコントラスト向上には有利であるが、第１のＭＤ７と第２のＭＤ９の各素子を一対一で対応させるための位置決めの難易度が高くコストアップ要因になる場合もありうる。そのような場合、図４の投影装置５１０のように第１のＭＤ７の複数個の光制御素子から放射される光が第２のＭＤ９の１つ以上の画素を照射する構成とすることにより、従来のＤＭＤ単板式の投影装置に比べ不要光を低減することができる。これにより組み立て時の調整を不要とする若しくは簡単にすることができる。
【００４４】
投影装置５１０に関して図４を用いて詳しく説明する。尚、投影装置５１０は、放電ランプや投影レンズを省略している。図４（ａ）は、投影装置５１０の概略構成を示す図である。図４（ｂ）は、第２のＭＤ９における２つの特定の画素Ｃ、Ｄを示している。画素Ｃ、Ｄの四角の中の数値はＯＮ光の時間幅を示している。図４（ｃ）は、図４（ｂ）で示す２つの特定の画素Ｃ、Ｄにそれぞれ対応する複数個（図中は９個）の光制御素子からなる２つの光制御素子群Ａ、Ｂを示している。光制御素子群Ａ、Ｂの四角の中の数値は、ＯＮ光の時間幅を示している。
【００４５】
第１のＭＤ７及び第２のＭＤ９の具体的な制御方法の例を以下に示す。画像表示手段である第２のＭＤ９上の画素Ｃから放射される例えばＲ（赤色）のＯＮ光の時間幅を図４（ｂ）に示すように２５とする場合、画素Ｃに対応する光源光量制御手段である第１のＭＤ７上の光制御素子群Ａを構成する９個の光制御素子から放射されるＲ（赤色）のＯＮ光の時間幅を図４（ｃ）に示すように全て２５にする。
【００４６】
更に、第２のＭＤ９上の画素Ｃの近くの画素Ｄから放射されるＲ（赤色）のＯＮ光の時間幅を図４（ｂ）に示すように２０とする場合、画素Ｄに対応する第１のＭＤ７上の９個の光制御素子からなる光制御素子群Ｂのうち光制御素子群Ａの範囲と重なる部分ＳにおけるＯＮ光の時間幅は２５とし、部分Ｓを除いた光制御素子群Ｂから発せられるＲ（赤色）のＯＮ光の時間幅は２０とする。つまり、光制御素子は、対応する画素のうち最も輝度値の大きな画素に対応するような照明光量を放射する。
【００４７】
部分Ｓにより画素Ｄを照明する光量の増加分は、画素ＤのＯＮ光の時間幅により容易に調整することができる。このように画素を照明する光量が過剰供給とならないようにできるだけ抑えることができる。
【００４８】
投影装置５１０には、演算部２６が設けてある。演算部２６は、画像データ供給部２３からの画像データに基づいて、第２のＭＤ９の各画素に対応する第１のＭＤ７の光制御素子群の重なり状態を反映したＯＮ光の時間幅を演算し、その結果を第１のＭＤ制御装置２４に出力する。第１のＭＤ制御装置２４は、演算部２６の結果に基づいて第１のＭＤ７を制御し、第２のＭＤ制御装置２５は、演算部２６の演算時間の遅れを見込んで第１のＭＤ制御装置２４と同期して第２のＭＤ９を制御する。
【００４９】
従って、投影装置５１０において画素には、過剰光量が抑えられた照明光が供給されることになるため、照明光の供給過剰による不要光の発生が抑えられ、コントラストのより高い高品質の画像表示を行うことができる。
【００５０】
第１のＭＤ制御装置２４との同期を除く基本的な第２のＭＤ９の制御方法は、時分割されたＲＧＢ各色で順次連続して照明される従来のＤＭＤ単板式の投影装置における一枚の画像表示用ＤＭＤの制御方法と同じとすることができる。このため、本発明に係わる画像表示装置を容易に構成することができる。
【００５１】
各色の輝度を便宜上正規化して同じとして説明したが、実際の放電ランプでは、各色の輝度が異なる場合が多い。この場合、例えば、投影画像が所望の明るさやカラーバランスになるように第２のＭＤ９における各色のＯＮ光の時間幅を時分割制御により調整し、第２のＭＤ９のＯＮ光の時分割制御に同期して第１のＭＤのＯＮ光の時分割制御により第２のＭＤ９を照明するように設定すればよい。
（第２の実施形態）
図５に本発明に係わる投影装置の別の例を示す。投影装置６００は、照明手段であるマトリックス状に配置された発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）（以下、ＬＥＤ群２０とする。）と、ＬＥＤ群２０から発せられる光が進む順に、クロスダイクロミラー２１と、リレー光学系２２と、画像表示手段である第２のＭＤ９及び投影レンズ１０で構成されている。各ＬＥＤ群２０ａ、２０ｂ、２０ｃからの光路はクロスダイクロイックミラー２１により合成されている。ＬＥＤ群２０と第２のＭＤ９はリレー光学系２２を介して略共役関係となる配置としているため、ＬＥＤ群２０により第２のＭＤ９を効率よく照明することができる。
【００５２】
ＬＥＤ群２０は、例えば赤色ＬＥＤから構成されるＬＥＤ群２０ａ、緑色ＬＥＤから構成されるＬＥＤ群２０ｂ、青色ＬＥＤから構成されるＬＥＤ群２０ｃを備えている。赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤは光制御素子である。各色のＬＥＤは一平面内にマトリックス状に配置されて、光源光量変更手段であるＬＥＤ群２０ａ、２０ｂ、２０ｃが構成されている。
【００５３】
光制御素子であるＬＥＤは発光の応答速度が速いため、ＬＥＤ群２０から発せられる各色の光量を時分割制御してクロスダイクロミラー２１で合成することで第１の実施形態で説明した放電ランプ１、カラーホイール４、第１のＭＤ７を備えている照明手段と同等の機能を果たすことができる。すなわち、ＬＥＤ群２０において、カラーホイール４から射出される光を模して、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤの順に順次繰り返し駆動して発光させる。このようにすることで、クロスダイクロミラー２１で合成されて射出される光は、図２（ｂ）の様に等時分割された３色とすることができる。更に、第１の実施形態で説明した第２のＭＤ９の画素に対応した第１のＭＤ７の光制御素子のように、各色ＬＥＤの駆動時、第２のＭＤ９の画素のＯＮ状態に同期させて、その画素に対応するＬＥＤを点灯させる。このようにすることより、第１の実施形態で説明したカラーホイール４と第１のＭＤ７の態様と同様に、ＬＥＤ群２０により放射されるＲＧＢ色が色時分割制御された光を第２のＭＤ９による各色の画像形成に同期して第２のＭＤ９の画素を照明することができる。
【００５４】
投影装置６００においては、図６に示すように各色のＬＥＤ群２０ａ、２０ｂ、２０ｃのそれぞれ１つのＬＥＤに対して第２のＭＤ９上の複数画素（図中は９画素）が対応する構成としている。この場合のＬＥＤ群２０と第２のＭＤ９の制御方法の例に関して図７を用いて説明する。尚、説明を容易とするため、ＬＥＤ群２０の内、赤色のＬＥＤ群２０ａを例にする。ＬＥＤ群２０ａの特定の１つのＬＥＤ７ｋは、第２のＭＤ９の特定の複数画素からなる画素群Ｌに対応している。ＬＥＤ７ｋは、画素群Ｌの画素の内で最も大きい光量（ＯＮ光の時間幅）を満足させるように発光制御される。例えば、図７に示すように、第２のＭＤ９の特定の画素群Ｌ（図中では９画素）の内のＯＮ光の最長時間幅が２５である場合、これに対応するＬＥＤ群２０ａのＬＥＤ７ｋは、照明する第２のＭＤ９の画素群Ｌの９画素全てのＯＮ光の時間幅が２５であるものとして発光制御する。ＯＮ光の時間幅が２５未満の光量を必要とする画素は、その画素自体による時分割制御により容易に調整することができる。他の緑色のＬＥＤ群２０ｂ、青色のＬＥＤ群２０ｃも上記の赤色のＬＥＤ群２０ａと同じように発光制御をすればよい。
【００５５】
上記の様に各色１つのＬＥＤが照明する画素群を照明する光量を制御することにより、画素群の中で最も多い光量を必要とする画素を照明する光量が不足しないように確保しつつ、他の画素を照明する光量が過剰供給とならないようにできるだけ抑えることができる。
【００５６】
投影装置６００には、演算部２６ａが設けてある。演算部２６ａは、画像データ供給部２３からの画像データに基づいて、第２のＭＤ９の複数の画素群に対応するＬＥＤ群２０の１つのＬＥＤにおけるＯＮ光の時間幅を決定し、その結果をＬＥＤ制御装置２８に出力する。ＬＥＤ制御装置２８は、演算部２６ａの結果に基づいてＬＥＤ群２０を制御し、第２のＭＤ制御装置２５は、演算部２６ａの演算時間の遅れを見込んでＬＥＤ制御装置２８と同期して第２のＭＤ９を制御する。ＬＥＤ制御装置２８との同期を除く基本的な第２のＭＤ９の制御方法は、時分割されたＲＧＢ各色で順次連続して照明される従来のＤＭＤ単板式の投影装置における一枚の画像表示用ＤＭＤの制御方法と同じとすることができる。このため、本発明に係わる画像表示装置を容易に構成することができる。
【００５７】
これまで説明した投影装置６００において、各色１つのＬＥＤにより複数画素で構成される画素群を照明する構成とすることにより、ＬＥＤ群２０を構成するＬＥＤ数を少なくしてコストを抑えながら、投影画像を形成する上で必要な各色の光量が過不足なく照明光として供給される。このため、照明光の供給過剰による不要光の発生が抑えられ、コントラストのより高い高品質の画像表示を行うことができる。
【００５８】
上記で説明したＬＥＤはレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）としてもよく、応答速度が速いＬＥＤやＬＤを直接発光制御することにより、画像表示手段である第２のＭＤ９と同期制御することが容易にできるため好ましい。また、カラーホイール等の部品を必要としないため画像表示装置を簡単な構成とすることができる。
（第３の実施の形態）
図８は、本発明に係わる投影装置７００の構成の例を示す。放電ランプ１から発せられた光（白色光）の進行方向には集光光学系２が配置されている。集光光学系２の光の射出方向には、集光光学系２から射出された光をＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の各色に変換するカラーホイール４が配置されている。カラーホイール４を透過した光の進行方向にはロッドインテグレータ５が配置されており、ロッドインテグレータ５の光の射出方向にはリレー光学系６が配置されている。リレー光学系６の光射出方向には、入出力プリズム４０が配置されている。
【００５９】
入出力プリズム４０はリレー光学系６から射出された光が入射する第１のプリズム４０ａと投影レンズ１０へ光を射出する第３のプリズム４０ｃとその間にエアーギャップを備えて配置されている第２のプリズム４０ｂとで構成される。
【００６０】
第１のプリズム４０ａと第２のプリズム４０ｂの光の射出方向には、それぞれ第１のＭＤ７、第２のＭＤ９が配置されている。第１、２の実施形態で説明したように第１のＭＤ７により第２のＭＤ９の画素に光量が調整された照明光を得ることができる。第１のＭＤ７のＯＦＦ光（第２のＭＤ９を照明しない方向に反射された光）は第２のプリズム４０ｂ内で１度全反射した後、第３のプリズム４０ｃに入射し、更に第３のプリズム４０ｃ内で全反射した後第３のプリズム４０ｃから射出される。
【００６１】
第１のＭＤ７のＯＮ光（第２のＭＤ９を照明する方向に反射された光）は第１のプリズム４０ａと第２のプリズム４０ｂ間のエアーギャップ及び第２のプリズム４０ｂと第３のプリズム４０ｃ間のエアーギャップにより全反射した後、第２のプリズム４０ｂから射出され、第２のＭＤ９に到達する。また、第２のＭＤ９のＯＦＦ光は第２のプリズム４０ｂと第３のプリズム４０ｃを透過し、第３のプリズム４０ｃから射出される。画像表示する第２のＭＤ９のＯＮ光は、第２のプリズム４０ｂと第３のプリズム４０ｃを透過し、投影レンズ１０到達し、投影レンズ１０により第２のＭＤ９で形成された画像がスクリーンに投影される。
【００６２】
第１のＭＤ７、第２のＭＤ９及び入出力プリズム４０の構成は、図９に示のような構成とすることもできる。このように第１のＭＤ７にてＯＦＦ光をできるだけ投影レンズ１０に入射しないように排除する構成とすることで、コントラスト低下をより抑えることができる。また照明光の熱量が大きい系、ＯＦＦ光が投影レンズ１０にあたるようなレンズバックの小さい系においても投影レンズ１０の入出力プリズム４０側のＯＦＦ光の照射による熱負荷が減るため、投影レンズ１０の最終玉枠に熱に弱いプラスチック部材を使用できるため低コスト化を図ることが可能である。
【００６３】
図８、図９のように第１のＭＤ７と第２のＭＤ９とが共役関係にない場合、第１のＭＤ７の複数個の光制御素子が第２のＭＤ９の複数の画素を照明する構成とすることが可能である。この場合も、光制御素子は、対応する画素のうち最も輝度値の大きな画素に対応するような照明光量を放射すればよい。
【００６４】
投影装置７００において、第１及び第２の実施形態で説明した様に、第１のＭＤ７の光制御素子が第２のＭＤ９の画素を照明する上記のような関係を備え、それぞれの光制御素子及び画素を同期して時分割制御することにより、第２のＭＤ９の画素を照明する光量の供給過剰が抑えられ不要光の発生が低減できるため、コントラストのより高い高品質の画像表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係わる投影装置の一例を示す図である。
【図２】放電ランプから放射される光量の変調に関して説明する図である。
【図３】第１のＤＭＤの光制御素子と第２のＤＭＤの画素が一対一で対応している様子を示す図である。
【図４】第１のＤＭＤの特定の複数の光制御素子から放射される光が第２のＤＭＤの特定の１画素に照射される構成とした投影装置の例を示す図である。
【図５】本発明に係わる投影装置の一例を示す図である。
【図６】各色のＬＥＤ群の１つのＬＥＤと第２のＤＭＤ上の複数個の画素が対応している様子を示す図である。
【図７】各色のＬＥＤ群の１つのＬＥＤと第２のＤＭＤ上の複数個の画素が対応している場合、各画素を照明する光量を決める方法を説明する図である。
【図８】本発明に係わる投影装置の一例を示す図である。
【図９】図８に示す入出力プリズムの別の構成例を示す図である。
【図１０】従来例として液晶プロジェクタの構成を示す図である。
【図１１】従来例として液晶プロジェクタにおいて、放電ランプから放射され、投影レンズより射出されるまでの光量の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  放電ランプ
２  集光光学系
３  ＵＶ／ＩＲカットフィルタ
４  カラーホイール
５  ロッドインテグレータ
６、８、２２  リレー光学系
７  第１のＭＤ
７’  第１の液晶素子
９  第２のＭＤ
９’  第２の液晶素子
１０  投影レンズ
１１  ＰＳ変換光学素子
１２  第１のフライアイインテグレータ
１３  第２のフライアイインテグレータ
１４  リレーレンズ
１５ａ、１５ｂ  ダイクロミラー
１６  ミラー
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  フィールドレンズ
１８ａ〜１８ｆ  偏光板
１９  クロスプリズム
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  ＬＥＤ群
２１  クロスダイクロミラー
２３  画像データ供給部
２４  第１のＭＤ制御装置
２５  第２のＭＤ制御装置
２６、２６ａ  演算部
２８  ＬＥＤ制御装置
４０  入出力プリズム
５００、５１０、６００、７００  投影装置
【図１】
0005194870.tif 000002
【図２】
0005194870.tif 000003
【図３】
0005194870.tif 000004
【図４】
0005194870.tif 000005
【図５】
0005194870.tif 000006
【図６】
0005194870.tif 000007
【図７】
0005194870.tif 000008
【図８】
0005194870.tif 000009
【図９】
0005194870.tif 000010
【図１０】
0005194870.tif 000011
【図１１】
0005194870.tif 000012