(57)【要約】【課題】輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置およびプロジェクタを提供すること。【解決手段】画像表示装置は、光学的に直列に接続された色変調ライトバルブ２３と、輝度変調ライトバルブ４３とを備えることから、各ライトバルブにおける輝度ダイナミックレンジを乗じた広い輝度ダイナミックレンジを有している。さらに、色変調ライトバルブ２３のマイクロレンズの焦点距離（出射角度α）と、輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズの焦点距離（出射角度β）とを異ならせることにより、それぞれのマイクロレンズの焦点距離を各ライトバルブに対応する光学系にマッチングを取った設定とし、光を無駄なく活用している。【選択図】図４
2007212716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光を変調し第１変調光として射出する第１光変調手段と、
前記第１変調光をさらに変調する第２光変調手段と、
前記第１変調光を前記第２光変調手段にリレーするリレー光学系と、を備え、
複数の画素を有する前記第１光変調手段および第２光変調手段は、それぞれの画素における遮光部に照射される光を集光して開口部から透過させるための画素ごとに設けられたマイクロレンズを有し、
前記第１光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離と、前記第２光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離とが、異なることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第１光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離が、前記第２光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離よりも長い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】
前記第２光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離が、前記第１光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離よりも長い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】
前記第１光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離は、前記リレー光学系のＦナンバーに略比例し、前記Ｆナンバーが大きくなると、前記焦点距離が長くなるように設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記第１光変調手段の解像度と、前記第２光変調手段の解像度とは、同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像表示装置と、
前記画像表示装置の前記第２光変調手段から出射される第２変調光を拡大投写する投写光学系とを、備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
前記第２光変調手段の前記マイクロレンズの焦点距離は、前記投写光学系のＦナンバーに略比例し、前記Ｆナンバーが大きくなると、前記焦点距離が長くなるように設定されることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的に直列に配置された複数段の光変調手段を備える画像表示装置およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ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を有する装置が実現されつつある。しかし、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１〜１０2［nit］程度の範囲であり、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の範囲が１０-2〜１０4［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当であると言われている。このような視覚特性を考慮して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、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数が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。
【０００３】
図７は、特許文献１のプロジェクタにおける光学構成の概要図である。
このような状況を鑑み、階調数を高めるための技術として、例えば、特許文献１に示されるプロジェクタ２００が提案されている。
プロジェクタ２００は、光源部２０１から射出される光Ｗを、光の３原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色光に分離し、各色光の光路ごとに設置された各色光用の第１段目の光変調手段である第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂに入射させる。
第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂから出射された各色光ごとの変調光は、ダイクロイックミラー２０５，２０６により合成され、フルカラーの第１変調光としてリレーレンズ２０７を介して第２段目の光変調手段である第２液晶ライトバルブ２０８に入射される。さらに第２液晶ライトバルブ２０８にて変調された画像を表す第２変調光は、投写レンズ２０９によりスクリーンに拡大投写される。
【０００４】
ここで、第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂの暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％であった場合を考える。また、第２液晶ライトバルブ２０８の透過率も同様であったとする。光変調素子単体では、第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂおよび第２液晶ライトバルブ２０８ともに輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。
プロジェクタ２００によれば、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していることに相当することから、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、各液晶ライトバルブの階調数が８ビットであった場合、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。
【０００５】
また、プロジェクタ２００では、第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂよりも、第２液晶ライトバルブ２０８の解像度を高く設定している。しかし、この構成では第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂの１つの画素には、第２液晶ライトバルブ２０８の複数の画素が対応することとなるため、当該複数の画素は、常に前記第１液晶ライトバルブの対応する画素の階調設定に依存してしまう。
よって、第２液晶ライトバルブ２０８の画素をそれぞれ完全に独立して階調制御することは困難であり、好適には第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂと、第２液晶ライトバルブ２０８との解像度を合致させることが望ましい。すなわち、第１液晶ライトバルブ２０３Ｒ，２０３Ｇ，２０３Ｂと、第２液晶ライトバルブ２０８との計４枚の液晶ライトバルブを、同一の液晶ライトバルブで構成することが望ましかった。
【０００６】
図８は、従来のプロジェクタにおける光学構成の概要図である。このような要望に応じて、プロジェクタ３００が提案されている。
プロジェクタ３００は、解像度を含み同一な構成を備えた液晶ライトバルブを４枚備えたプロジェクタである。光源部３０１から射出される光Ｗは、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光に分離され、各色光の光路ごとに設置された各色光用の第１段目の光変調手段である第１液晶ライトバルブ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂに入射される。
第１液晶ライトバルブ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂから出射された各色光ごとの変調光は、クロスダイクロイックプリズム３０４によりフルカラーの変調光である第１変調光に合成され、リレーレンズ３０７を介して、第２段目の光変調手段である第２液晶ライトバルブ３０８に入射される。さらに第２液晶ライトバルブ３０８により変調された第２変調光は、投写レンズ３０９により拡大投写される。なお、リレーレンズ３０７には、クロスダイクロイックプリズム３０４から出射される第１変調光における第１液晶ライトバルブ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂの各画素と、第２液晶ライトバルブ３０８の各画素とを、一対一対応させることが要求されていた。このため、リレーレンズ３０７に、両側テレセントリック性を持たせることも提案されていた。
また、第１液晶ライトバルブ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂ、および第２液晶ライトバルブ３０８には、画素ごとの透過率を調整する画素トランジスタに光が当たることを防止するための格子状の遮光層であるブラックストライプが存在していた。このため、画素ごとにマイクロレンズを設け、ブラックストライプに吸収されてしまう光を集光し、開口部を通過させることにより光の利用効率を高めていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６７６９０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、従来のプロジェクタ３００では、第１液晶ライトバルブ３０３Ｒ，３０３Ｇ，３０３Ｂと、第２液晶ライトバルブ３０８とが、同一の液晶ライトバルブであるため、付属するマイクロレンズアレイも同一のものであった。
また、テレセントリック性が望まれるリレーレンズ３０７と、第２変調光を拡大投写する投写レンズ３０９とでは、投影倍率の精度など要求される性能が異なるため、それぞれのＦナンバーも異なっていた。
このため、例えば、マイクロレンズの焦点距離が第２変調光を拡大投写する投写レンズ３０９に合わせたものであった場合、リレーレンズ３０７では扱えない角度の光も含まれてしまい、当該リレーレンズにおける光の利用効率が悪くなってしまう。同様に、マイクロレンズの焦点距離がリレーレンズ３０７に合わせたものであった場合、投写レンズ３０９とマッチングしない光が存在するため、当該投写レンズにおける光の利用効率が悪くなってしまう。
このように、従来のプロジェクタ３００では、光を無駄なく活用することが困難であったため、明るい投写画像を得難いという問題点があった。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置およびプロジェクタ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】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、光を出射する光源部と、光源部から出射された光を変調し第１変調光として射出する第１光変調手段と、第１変調光をさらに変調する第２光変調手段と、第１変調光を第２光変調手段にリレーするリレー光学系と、を備え、複数の画素を有する第１光変調手段および第２光変調手段は、それぞれの画素における遮光部に照射される光を集光して開口部から透過させるための画素ごとに設けられたマイクロレンズを有し、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離と、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離とが、異なることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、画像表示装置は、光学的に直列に接続された第１光変調手段と第２光変調手段とを備えることから、各光変調手段における輝度ダイナミックレンジを乗じた広い輝度ダイナミックレンジを有している。また、同様に階調値についても、第１光変調手段の持つ階調数を越えた大きな階調数を有している。
さらに、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離と、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離とが異なることから、それぞれのマイクロレンズの焦点距離を各光変調手段に対応する光学系にマッチングを取った設定とすることができる。
よって、光の利用効率を高めることができる。
従って、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置を提供することができる。
【００１２】
本発明に係る画像表示装置によれば、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離が、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離よりも長いことが好ましい。
【００１３】
第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離が、リレー光学系と光学的にマッチングが取られていると、光は無駄なくリレー光学系を通過することができる。リレー光学系には、第１光変調手段から出射される第１変調光における各画素と、第２光変調手段の各画素とを、一対一対応させることが要求されるため、テレセントリック性を持たせるなどの光学構成が必要となり、Ｆナンバーが大きくなってしまう傾向がある。
また、画像表示装置がプロジェクタに備えられる場合、第２光変調手段には、当該光変調手段から出射される第２変調光を拡大投写する光学系である投写光学系が対応することになる。投写光学系には、第２変調光を拡大投写することが要求されるが、その投影倍率精度に関しては、リレー光学系よりもラフで良いため、Ｆナンバーを比較的小さくすることが可能である。
この構成によれば、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離が、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離よりも長いことから、第１変調光は、Ｆナンバーの大きいリレー光学系にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。また、同様に第２変調光は、Ｆナンバーの小さい投写光学系とマッチングを取り易くなり、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られる画像表示装置を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る画像表示装置によれば、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離が、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離よりも長いことが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離が、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離よりも長いことから、光学技術の向上により、リレー光学系の方が投写光学系よりもＦナンバーが小さくなった場合であっても、第１変調光および第２変調光の利用効率を高めることができる。
従って、明るい投写画像が得られる画像表示装置を提供することができる。
【００１６】
本発明に係る画像表示装置によれば、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離は、リレー光学系のＦナンバーに略比例し、Ｆナンバーが大きくなると、焦点距離が長くなるように設定されることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１光変調手段のマイクロレンズの焦点距離は、リレー光学系のＦナンバーに略比例しＦナンバーが大きくなると、焦点距離が長くなるように設定されることから、第１変調光は、リレー光学系にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られる画像表示装置を提供することができる。
【００１８】
本発明に係る画像表示装置によれば、第１光変調手段の解像度と、第２光変調手段の解像度とは、同一であることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、第１光変調手段の解像度と、第１光変調手段の解像度とは、同一であることから、第２光変調手段における画素をそれぞれ完全に独立して階調制御することができる。
従って、階調表現の豊かな投写画像が得られる画像表示装置を提供することができる。
【００２０】
上述した目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、前記記載の画像表示装置と、画像表示装置の第２光変調手段から出射される第２変調光を拡大投写する投写光学系とを、備えることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、プロジェクタは、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置から出射される第２変調光を、投写光学系により拡大投写する。
従って、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られるプロジェクタを提供することができる。
【００２２】
本発明に係るプロジェクタによれば、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離は、投写光学系のＦナンバーに略比例し、Ｆナンバーが大きくなると、焦点距離が長くなるように設定されることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、第２光変調手段のマイクロレンズの焦点距離は、投写光学系のＦナンバーに略比例しＦナンバーが大きくなると、焦点距離が長くなるように設定されることから、第２変調光は、投写光学系にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られるプロジェクタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（実施形態）
《プロジェクタの概要》
図１は、本発明の一態様のプロジェクタにおける光学構成を主体とした概略構成図である。ここでは、図１を用いてプロジェクタ１００の概略構成について光学構成を中心に説明する。
プロジェクタ１００は、光源部５から出射される光を、第１光変調手段としての液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、光学的に直列に配置された第２光変調手段としての液晶ライトバルブ４３とにより二段階に変調し、生成された画像を表す第二投写光を投写レンズ８０から拡大投写する投写型のプロジェクタである。
プロジェクタ１００は、画像表示装置７０と、投写光学系としての投写レンズ８０などから構成されている。なお、本発明における画像表示装置７０は、プロジェクタ１００から、投写レンズ８０を除いた構成部位を指す。
【００２６】
《画像表示装置の概要》
画像表示装置７０は、光源部５、均一照明系１０、色変調部３０、リレー光学系４０、輝度変調部５０、回路部６０などから構成されている。
光源部５は、キセノンランプや、高圧水銀ランプなどの高輝度が得られる放電式ランプ１と、ランプ１が放射した光を集光し、均一照明系１０に向けて出射するリフレクタ３を含んで構成されている。
均一照明系１０は、２枚のフライアイレンズ６と、偏光変換素子７と、集光レンズ８とを含んで構成されている。
フライアイレンズ６は、光軸方向から見て略矩形形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有し、２枚で対となっている。対となった各小レンズは、光源部５から出射された光束を部分光束に分割し、光軸方向に射出する。各小レンズから出射された複数の光源像は、集光レンズ８を介することにより、それぞれが液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ面にて結像される。これにより、液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ面における輝度分布は、均一化される。
【００２７】
偏光変換素子７は、ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）アレイと、１／２波長板などから構成され、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換する。特定の直線偏光は、入射偏光板２１に入射可能な偏光であるため、偏光変換素子７がない場合、入射偏光板２１を透過できずに熱として無駄に費やされてしまっていた光を有効に活用することができる。
色変調部３０は、複数の反射ミラー１１，１５，１８、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー１２，１３と、２つのリレーレンズ１７と、３つの平行化レンズ２０と、３つの液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム２９などから構成されている。
【００２８】
均一照明系１０から出射された光は、反射ミラー１１で反射されダイクロイックミラー１２に入射する。
ダイクロイックミラー１２は、ガラス板等にＢ光およびＧ光を反射しＲ光を透過する性質のダイクロイック膜を形成した光学素子であり、Ｂ光およびＧ光をダイクロイックミラー１３側に反射し、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー１２を透過したＲ光は、反射ミラー１５で反射し、平行化レンズ２０により平行化され液晶ライトバルブ２３Ｒの入射偏光板２１に入射する。
ダイクロイックミラー１３は、Ｇ光を反射しＢ光を透過する性質のダイクロイック膜を備えた光学素子であり、Ｇ光を液晶ライトバルブ２３Ｇ側に反射しＢ光を透過する。ダイクロイックミラー１３で反射したＧ光は、平行化レンズ２０により平行化され液晶ライトバルブ２３Ｇの入射偏光板２１に入射する。
ダイクロイックミラー１３を透過したＢ光は、リレーレンズ１７を介して反射ミラー１８で反射され、さらにリレーレンズ１７を介して反射ミラー１８で反射された後、平行化レンズ２０により平行化され液晶ライトバルブ２３Ｂの入射偏光板２１に入射する。２つのリレーレンズ１７は、分離された３色光の中で最も長い光路を通過するＢ光の減衰を防ぐために設けられている。
【００２９】
図２（ａ）は、一態様における液晶ライトバルブの正面図である。図２（ｂ）は、液晶ライトバルブの側断面図である。ここでは、図２（ａ），（ｂ）を用いて液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂの概略構成および作用について、液晶ライトバルブ２３Ｒを例として説明する。
第１光変調手段である液晶ライトバルブ２３Ｒは、画素電極（図示せず）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１０３が格子状に形成されたベース基板１０１と、全面に渡って共通電極（図示せず）が形成された対向基板１０２との間にＴＮ型液晶を挟み込んだ構成を持つアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。
液晶ライトバルブ２３Ｒには、解像度に応じた複数の画素１０５が格子状に設けられており、各画素は、光を透過する開口部１０６と、光を遮断する遮光部であるブラックマトリクス１０７とから構成されている。
ブラックマトリクス１０７は、光を嫌うスイッチング素子１０３を遮光するために、光の入射方向から見て当該スイッチング素子を十分に覆い隠す大きさを持って対向基板１０２に設けられている。
【００３０】
また、液晶ライトバルブ２３Ｒは、対向基板１０２の外側に複数のマイクロレンズ１０８を備えている。マイクロレンズ１０８は、画素１０５ごとに設けられており、ブラックマトリクス１０７に向かう光を集光して開口部１０６から透過させる。このため、所定の画素に入射される略平行な光束Ｌａは、マイクロレンズ１０８により集光され出射角度αをなしてリレー光学系４０へ出射される。なお、規則正しく配列された複数のマイクロレンズ１０８からなる集合体をマイクロレンズアレイともいう。
また、液晶ライトバルブ２３Ｒは、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）状態となるノーマリーホワイトモード又はその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。また、好適な階調数は、８〜１０ビット程度である。
入射偏光板２１から液晶ライトバルブ２３Ｒに入射したＲ光は、画像データに基づいて変調され、光学像を内包した赤色の変調光として出射偏光板２５を介してクロスダイクロイックプリズム２９内に出射される。なお、出射偏光板２５は、クロスダイクロイックプリズム２９に貼り付けられ、当該クロスダイクロイックプリズムと一体となっている。
【００３１】
ここまで、赤色光用の液晶ライトバルブ２３Ｒについて説明したが、緑色光用の液晶ライトバルブ２３Ｇ、および青色光用の液晶ライトバルブ２３Ｂについても、液晶ライトバルブ２３Ｒと同様の構成および作用を有している。
従って、液晶ライトバルブ２３Ｇからは光学像を内包した緑色の変調光が、液晶ライトバルブ２３Ｂからは光学像を内包した青色の変調光が、それぞれの出射偏光板２５を介してクロスダイクロイックプリズム２９内に出射される。
【００３２】
図１に戻る。
クロスダイクロイックプリズム２９は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を成し、内部に、Ｂ光を反射する誘電体多層膜であるダイクロイック膜２７と、Ｒ光を反射する誘電体多層膜であるダイクロイック膜２８とがＸ字状に設けられている。
クロスダイクロイックプリズム２９は、液晶ライトバルブ２３Ｇからの緑色の変調光を透過し、当該緑色の変調光に、液晶ライトバルブ２３Ｒからの赤色の変調光と、液晶ライトバルブ２３Ｂからの青色の変調光とを反射して重畳し、三原色の変調光を合成したフルカラーの画像を内包した変調光である第１変調光をリレー光学系４０側に出射する。
【００３３】
リレー光学系４０は、液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂから出射されクロスダイクロイックプリズム２９で合成された第１変調光を、第２光変調手段である液晶ライトバルブ４３に伝達するための光学系である。ここで、液晶ライトバルブ４３は、後述するマイクロレンズアレイの構成以外は、解像度および光変調特性を含めて液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと同様の構成を備えている。
このため、リレー光学系４０には、複数の画素光束の集合体である第１変調光を、画素ごとに一対一対応をとって正確に液晶ライトバルブ４３の各画素に入射させることが要求される。
このような要求に対応するため、リレー光学系４０は、それぞれが光軸上に直線的に配置された前段レンズ群３２、開口絞り３５、後段レンズ群３７などから構成され、両側テレセントリック性を有する光学系となっている。
具体的には、前段レンズ群３２の焦点位置と、開口絞り３５の位置と、後段レンズ群３７の物体側焦点位置とを一致させている。また、前段レンズ群３２の物体側焦点位置に液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを配置し、かつ、後段レンズ群３７の像側焦点位置に液晶ライトバルブ４３の画素面を配置した構成となっている。なお、前段レンズ群３２および後段レンズ群３７は、複数の凸レンズおよび凹レンズを含んで構成されている。
【００３４】
両側テレセントリック性を有するリレー光学系４０では、液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂのいずれの画素からも、当該液晶ライトバルブ面から前段レンズ群３２に向かって略垂直に第１変調光を構成する複数の光束が出射される。そして、後段レンズ群３７から出射される光束も、液晶ライトバルブ４３面の対応する各画素に略垂直に入射する。この構成により、液晶ライトバルブ４３面の各画素への入射角度をどこの画素においても略同一とすることが可能となるため、入射角度が異なることに起因する各画素におけるコントラスト特性や、階調特性のバラツキを防止することができる。
また、光軸方向における液晶ライトバルブ４３の設置位置に若干誤差があった場合であっても、各画素の明るさなどの画像情報を確実に伝達することができる。
【００３５】
リレー光学系４０から出射された第１変調光は、輝度変調部５０に入射する。
輝度変調部５０は、入射偏光板４１、液晶ライトバルブ４３、出射偏光板４５などから構成されている。
リレー光学系４０からの第１変調光は、入射偏光板４１を介して液晶ライトバルブ４３に入射する。なお、入射偏光板４１は、入射偏光板２１と同様の偏光板である。
液晶ライトバルブ４３によりさらに変調された変調光である第２変調光は、出射偏光板４５から投写レンズ８０方向に出射される。なお、出射偏光板４５は、出射偏光板２５と同様の偏光板である。
【００３６】
なお、液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、および液晶ライトバルブ４３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４３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２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは分光された特定波長領域の光（Ｒ，Ｇ，Ｂ光）を変調する点で両者は異なっている。
このため、以下説明においては、液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂで行われる光強度変調を「色変調」、液晶ライトバルブ４３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２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを「色変調ライトバルブ」、液晶ライトバルブ４３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。
【００３７】
《投写レンズの概要》
投写レンズ８０は、輝度変調部５０から出射された第２変調光を拡大投写する光学系である。投写レンズ８０は、ガウスタイプなどの複数のレンズを組合せた広角ズームレンズである。なお、複数のレンズには、収差の少ない非球面レンズが含まれていても良い。
近距離に大きな画像を投写することが要求される投写レンズ８０は、口径が大きく、焦点距離の短い光学系となっている。このため、リレー光学系４０と比較すると、Ｆナンバーの小さな明るいレンズとなっている。
【００３８】
《回路部の概要》
図３は、表示制御部の概略構成図である。ここでは、図３を用いて回路部６０の概要および表示制御部５５の概略構成について説明する。
回路部６０は、プロジェクタ１００の各部に電力を供給する電源回路、放電式ランプ１を点灯させ、安定した点灯状態を維持するためのイグナイタ回路およびバラスト回路を含むランプ駆動回路（いずれも図示せず）、表示制御部５５、ライトバルブ駆動装置１８０、記憶装置１８２などのプロジェクタ１００の動作を制御するための複数の構成部位および回路から構成されている。
【００３９】
表示制御部５５は、ＣＰＵ１７０、ＲＯＭ１７２、ＲＡＭ１７４、Ｉ／Ｆ部１７８などから構成されている。
ＣＰＵ１７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、制御プログラムに基づいて演算及びシステム全体を制御する。
ＲＯＭ１７２は、マスクＲＯＭや、フラッシュメモリ、ＦｅＲＡＭなどの不揮発性のメモリであり、予め所定領域にＣＰＵ１７０の制御プログラムや、諸データなどを格納している。
ＲＡＭ１７４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、ＲＯＭ１７２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。
Ｉ／Ｆ部１７８は、インターフェイス回路であり、ライトバルブ駆動装置１８０などの接続装置に対してデータの入出力を媒介する。また、ＣＰＵ１７０、ＲＯＭ１７２、ＲＡＭ１７４、およびＩ／Ｆ部１７８間は、バスラインであるバス１７９により相互にかつデータ授受可能に接続されている。
【００４０】
Ｉ／Ｆ部１７８には、輝度変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ４３）、および色変調ライトバルブ（液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）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記憶する記憶装置１８２と、外部のネットワークに接続するための信号線１９９とが接続されている。
記憶装置１８２は、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データを記憶している。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数を画像の全画素について格納し、特にＣＧの世界において、ＣＧオブジェクトを実際の風景に合成するために用いられている。画像形式としては様々なものが存在するが、従来のｓＲＧＢ等の画像フォーマットよりも高い輝度ダイナミックレンジを実現するために浮動少数点形式で画素数を格納する形式が多い。また、格納する値としては、人間の視覚特性を考慮しない物理的な放射輝度（Ｒａｄｉａｎｃｅ＝Ｗ／（ｓｒ・ｍ2）や、人間の視覚特性を考慮した輝度（ｌｕｍｉｎａｎｃｅ＝ｃｄ／ｍ2）に関する値等がある。
【００４１】
ここで、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どのように決定するかについて説明する。
ＨＤＲ表示データにおける輝度レベルをＲｐ、輝度変調ライトバルブの透過率をＴ１、色変調ライトバルブの画素の透過率をＴ２、光変調率をＴｐ、とすると下式が成立する。なお、定数として光源部５の輝度をＲｓ、ゲインＧを１、とする。
Ｒｐ＝Ｔｐ×Ｒｓ  …（１）
Ｔｐ＝Ｔ１×Ｔ２×Ｇ  …（２）
【００４２】
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、ＨＤＲ表示データを記憶装置１８２から読み出す。
次いで、読み出したＨＤＲ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、及び平均値を算出する。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強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。
次いで、この解析結果に基づいて、ＨＤＲ表示データの輝度レベルをプロジェクタ１００の輝度ダイナミックにトーンマッピングし、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（拡大又は縮小）し、リサイズ画像の各画素の輝度レベルＲｐおよび光源部５の輝度Ｒｓに基づいて、上式（１）によりリサイズ画像の画素ごとに光変調率Ｔｐを算出する。
次いで、色変調ライトバルブの各画素の透過率をＴ２として初期値を与え、透過率Ｔ２を仮決定する。
次いで、仮決定した透過率Ｔ２に基づいて、上式（２）により、輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１を決定し、当該ライトバルブの各画素の制御値を決定した後、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２を決定し、当該ライトバルブの各画素の制御値を決定する。
このようにして求められ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。
【００４３】
本実施形態では、輝度変調ライトバルブおよび色変調ライトバルブの対応する画素の比を、１：１とし、これに合わせて輝度変調ライトバルブの透過率Ｔ１と、色変調ライトバルブの透過率Ｔ２とを決定し、決定したＴ１，Ｔ２の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の制御値を決定している。
これにより、各ライトバルブの制御値を計算する際の演算が簡略化され、処理回路を軽くすることができ、かつ、鮮鋭度の高い映像を表示することができる。
【００４４】
《マイクロレンズの態様》
図４は、色変調ライトバルブから投写レンズまでの光学系の概略構成図である。図５は、輝度変調ライトバルブの側断面図である。
ここでは、本発明の特徴点である色変調ライトバルブおよび輝度変調ライトバルブにおけるそれぞれのマイクロレンズの態様について図４および図５を中心に、適宜図２（ａ）、（ｂ）を交えて説明する。
なお、図４においては、図１の液晶ライトバルブ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ、およびクロスダイクロイックプリズム２９から構成される部位を、光学的に等価な１枚の色変調ライトバルブ２３として示している。また、入射偏光板２１および出射偏光板２５についても、図示を省略している。
【００４５】
まず、色変調ライトバルブ２３の画素ｐ１１から出射された第１変調光の部分光束である光束Ｌａの進行態様について説明する。
光束Ｌａは、出射角度αをなした光束として画素ｐ１１から出射されている。これは、光束Ｌａが、図２（ｂ）におけるマイクロレンズ１０８の焦点距離に応じた出射角度αをなして画素の開口部から出射されるからである。
ここで、マイクロレンズ１０８の焦点距離は、リレー光学系４０のＦナンバーの大きさに略比例し、Ｆナンバーが大きくなると焦点距離が長くなるように設定されている。出射角度αで表すと、マイクロレンズ１０８の出射角度αは、リレー光学系４０のＦナンバーの大きさに略反比例するように設定されている。
具体的には、リレー光学系４０のＦナンバーが小さい場合、すなわち、大きな入射角度の光を無駄なく扱える明るいレンズになるほど、マイクロレンズ１０８の出射角度αを大きくし、焦点距離を短く設定する。また、反対に、リレー光学系４０のＦナンバーが大きい場合は、マイクロレンズ１０８の出射角度αを小さくし、焦点距離を長く設定する。
【００４６】
光束Ｌａは、リレー光学系４０により効率良くリレーされ、輝度変調ライトバルブ４３の対応する画素ｐ２１に入射する。
図５は、図２（ｂ）と対応しており、図２（ｂ）の色変調ライトバルブ２３と同様の構成部位には、同一の番号を附してある。輝度変調ライトバルブ４３は、マイクロレンズ１１８の構成のみ色変調ライトバルブ２３と異なる。
リレー光学系４０によりリレーされた光束Ｌａは、出射角度βをなした光束として画素ｐ２１から投写レンズ８０側に出射されている。これは、光束Ｌａが、マイクロレンズ１１８の焦点距離に応じた出射角度βをなして画素の開口部から出射されるからである。
輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズ１１８の焦点距離は、投写レンズ８０のＦナンバーの大きさに略比例し、Ｆナンバーが大きくなると焦点距離が長くなるように設定されている。出射角度βで表すと、マイクロレンズ１１８の出射角度βは、投写レンズ８０のＦナンバーの大きさに略反比例するように設定されている。
具体的には、投写レンズ８０のＦナンバーが小さい場合、すなわち、大きな入射角度の光を無駄なく扱える明るいレンズになるほど、マイクロレンズ１１８の出射角度βを大きくし、焦点距離を短く設定する。また、反対に、投写レンズ８０のＦナンバーが大きい場合は、マイクロレンズ１１８の出射角度βを小さくし、焦点距離を長く設定する。
【００４７】
プロジェクタ１００の場合、色変調ライトバルブ２３のマイクロレンズ１０８の焦点距離は、輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズ１１８の焦点距離よりも長く設定されている。出射角度で表すと、マイクロレンズ１０８の出射角度αは、マイクロレンズ１１８の出射角度βよりも小さく設定されている。
これは、リレー光学系４０と、投写レンズ８０とのＦナンバーの違いに起因するものであり、両側テレセントリック性を有するリレー光学系４０は、投写レンズ８０に比べてＦナンバーが大きくなる傾向があるからである。
なお、出射角度αが出射角度βよりも小さい構成に限定するものではなく、出射角度αはリレー光学系４０のＦナンバーに、出射角度βは投写レンズ８０のＦナンバーに、それぞれマッチングが取られた角度であれば良い。例えば、光学技術の発達により、リレー光学系４０の方が、投写レンズ８０よりも小さなＦナンバーとなった場合は、出射角度αを出射角度βよりも大きく設定することにより、最適なマッチングを取ることができる。
【００４８】
また、マイクロレンズ１０８，１１８は、例えば、石英ガラスや、透明樹脂などから構成されている。
石英ガラスを用いる場合、基材となる石英ガラス基板上に、熱変形性の感光性材料の膜を形成し、当該膜を形成すべきマイクロレンズの形状およびその配列状態に応じたパターンにより光パターニングした後、感光性材料の熱変形温度と表面張力により、滑らかな各マイクロレンズの凸面を持つ感光性材料からなる配列パターンを形成する。
さらに、当該感光性材料からなる配列パターンをマスクとしてドライエッチングを行った後、マイクロレンズを呈した感光性材料によるマスク形状を石英ガラス基板上に彫り写すことにより、所望の屈折率を有する複数のマイクロレンズおよびマイクロレンズアレイが形成される。また、石英ガラス基板として対向基板１０２を用い、対向基板１０２自体に直接マイクロレンズアレイを形成しても良い。また、伝統的な製造方法である、いわゆる「熱変形法」を用いて形成しても良い。
また、アクリル樹脂などの透明材料を用いる場合、所望の屈折率を有する複数のマイクロレンズを備えた金型による射出成型法や、セルキャスト法を用いてマイクロレンズアレイを形成することができる。
【００４９】
上述した通り、本実施形態によれば以下の効果が得られる。
（１）画像表示装置７０は、光学的に直列に接続された色変調ライトバルブ２３と、輝度変調ライトバルブ４３とを備えることから、各ライトバルブにおける輝度ダイナミックレンジを乗じた広い輝度ダイナミックレンジを有している。また、階調値についても、同様に色変調ライトバルブ２３の持つ階調数を越えた大きな階調数を有している。
さらに、色変調ライトバルブ２３のマイクロレンズ１０８の焦点距離と、輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズ１１８の焦点距離とが異なることから、それぞれのマイクロレンズの焦点距離を各ライトバルブに対応する光学系にマッチングを取った設定とすることができる。
よって、光の利用効率を高めることができる。
従って、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置７０を提供することができる。
【００５０】
（２）色変調ライトバルブ２３のマイクロレンズ１０８の焦点距離は、輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズ１１８の焦点距離よりも長く設定されている。出射角度で表すと、マイクロレンズ１０８の出射角度αは、マイクロレンズ１１８の出射角度βよりも小さく設定されていることから、第１変調光は、Ｆナンバーの大きいリレー光学系４０にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。また、同様に第２変調光は、Ｆナンバーの小さい投写レンズとマッチングが取られ、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られる画像表示装置７０を提供することができる。
【００５１】
（３）色変調ライトバルブ２３のマイクロレンズ１０８の焦点距離は、リレー光学系４０のＦナンバーに略比例し、Ｆナンバーが大きくなると焦点距離が長くなるように設定されることから、第１変調光は、リレー光学系４０にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られる画像表示装置７０を提供することができる。
【００５２】
（４）色変調ライトバルブ２３の解像度と、輝度変調ライトバルブ４３の解像度とは、同一であることから、輝度変調ライトバルブ４３における画素をそれぞれ完全に独立して階調制御することができる。
従って、階調表現の豊かな投写画像が得られる画像表示装置７０を提供することができる。
【００５３】
（５）プロジェクタ１００は、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置７０から出射される第２変調光を、投写レンズ８０により拡大投写する。
従って、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られるプロジェクタ１００を提供することができる。
【００５４】
（６）輝度変調ライトバルブ４３のマイクロレンズ１１８の焦点距離は、投写レンズ８０のＦナンバーに略比例しＦナンバーが大きくなると、焦点距離が長くなるように設定されることから、第２変調光は、投写レンズ８０にて扱い易い角度の光束となり、光の利用効率が向上する。
従って、明るい投写画像が得られるプロジェクタ１００を提供することができる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。
【００５６】
（変形例１）
図６（ａ）は、異なる態様の色変調ライトバルブの側断面図である。図６（ｂ）は、異なる態様の輝度変調ライトバルブの側断面図である。
ここでは、図６（ａ），（ｂ）を用いて、色変調ライトバルブおよび輝度変調ライトバルブの異なるマイクロレンズ態様について説明する。なお、図２（ｂ）の色変調ライトバルブ２３の構成部位と、同一の構成部位については同一の番号を附して説明する。
色変調ライトバルブ１２３は、図２（ｂ）の色変調ライトバルブ２３と、マイクロレンズの構成のみ異なる液晶ライトバルブである。
色変調ライトバルブ１２３には、複数のマイクロレンズ１２８を一体のシート状に構成したマイクロレンズアレイ１１３が備えられている。マイクロレンズ１２８の屈折面は、光束Ｌａの出射側に設けられているが、図２（ｂ）のマイクロレンズ１０８と同様の屈折作用を有している。
これにより、色変調ライトバルブ１２３に入射した光束Ｌａは、出射角度αをなしてリレー光学系４０側に出射される。
【００５７】
輝度変調ライトバルブ１４３は、図５の輝度変調ライトバルブ４３と、マイクロレンズの構成のみ異なる液晶ライトバルブである。
輝度変調ライトバルブ１４３には、複数のマイクロレンズ１３８を一体のシート状に構成したマイクロレンズアレイ１１５が備えられている。マイクロレンズ１３８の屈折面は、光束Ｌａの出射側に設けられているが、図５のマイクロレンズ１１８と同様の屈折作用を有している。
これにより、輝度変調ライトバルブ１４３に入射した光束Ｌａは、出射角度βをなして投写レンズ８０側に出射される。
また、マイクロレンズアレイ１１３，１１５は、前述したマイクロレンズ１０８，１１８の材質および製造方法により同様に形成することができる。
従って、色変調ライトバルブ１２３および輝度変調ライトバルブ１４３を用いた構成であっても、光の利用効率の良い画像表示装置およびプロジェクタを提供することができる。
【００５８】
（変形例２）
図４を用いて説明する。
前記実施形態において、リレー光学系４０は、前段レンズ群３２、開口絞り３５、後段レンズ群３７から構成されていたが、これに限定するものではない。
例えば、開口絞り３５部に、絞りを兼ねた中段レンズ群（図示せず）を設ける構成であっても良い。また、中段レンズ群を光軸に沿って移動可能とすることにより、共役点を精密に調整可能な構成としても良い。つまり、リレー光学系４０のテレセントリック性が確保されていれば良い。
これにより、第１変調光を、画素ごとに一対一対応をとって正確に輝度変調ライトバルブ４３の各画素に入射させることができる。
【００５９】
（変形例３）
図１を用いて説明する。
前記実施形態において、画像表示装置７０には、光源部５側に色変調ライトバルブ２３が配置され、投写レンズ８０側に輝度変調ライトバルブ４３が配置されていたが、この構成に限定するものではない。
例えば、光源部５側に輝度変調ライトバルブ４３を配置し、投写レンズ８０側に色変調ライトバルブ２３を配置する構成であっても良い。このような構成とした場合、リレー光学系４０は、輝度変調ライトバルブ４３と、色変調ライトバルブ２３との間の光軸上に配置する。
この構成であっても、輝度変調ライトバルブ４３と、色変調ライトバルブ２３とは、光学的に直列に接続されることから、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい投写画像が得られる画像表示装置およびプロジェクタを提供することができる。
【００６０】
（変形例４）
図１を用いて説明する。
前記実施形態において、画像表示装置７０は、外部に設けられたスクリーンに対して画像を投写する投写型のプロジェクタ１００に備えられていたが、この構成に限定するものではない。
例えば、透過式のスクリーンと、当該スクリーンの背面に画像を投写する投写レンズとを、１つの個体内に備えたリアプロジェクタに本発明の画像表示装置７０を組み込む構成であっても良い。
この構成によれば、輝度ダイナミックレンジが広く、豊かな階調表現による明るい画像が得られるリアプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】一態様のプロジェクタにおける光学構成を主体とした概略構成図。
【図２】（ａ）一態様における液晶ライトバルブの正面図、（ｂ）液晶ライトバルブの側断面図。
【図３】表示制御部の概略構成図。
【図４】色変調ライトバルブから投写レンズまでの光学系の概略構成図。
【図５】輝度変調ライトバルブの側断面図。
【図６】（ａ）異なる態様の色変調ライトバルブの側断面図、（ｂ）異なる態様の輝度変調ライトバルブの側断面図。
【図７】特許文献１のプロジェクタにおける光学構成の概要図。
【図８】従来のプロジェクタにおける光学構成の概要図。
【符号の説明】
【００６２】
１…光源としての放電式ランプ、５…光源部、２３…色変調ライトバルブ、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ…第１光変調手段としての液晶ライトバルブ、２９…クロスダイクロイックプリズム、３０…色変調部、４０…リレー光学系、４３…輝度変調ライトバルブであり第２光変調手段としての液晶ライトバルブ、６０…回路部、５５…表示制御部、７０…画像表示装置、８０…投写光学系としての投写レンズ、１００…プロジェクタ、１０５…画素、１０６…開口部、１０７…遮光部としてのブラックマトリクス、１０８，１１８，１２８，１３８…マイクロレンズ、１１３，１１５…マイクロレンズアレイ、Ｌａ…光束、α，β…出射角度。
【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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