(57)【要約】【課題】格段に光の利用効率を改善することが可能なプロジェクタを提供すること。【解決手段】本発明のプロジェクタ１は、互いに波長域が異なる複数の色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々に対応して設けられ、対応する色光により画像を形成する複数の画像形成装置１１、１２、１３と、複数の画像形成装置１１、１２、１３から射出された色光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂを合成する色合成素子１５と、色合成素子１５により合成された色光Ｌを投射する投射光学系１６と、を備える。複数の画像形成装置１１、１２、１３の少なくとも１つが自発光型の画像形成装置１１、１２である。【選択図】図１
2010160343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応して設けられ、対応する色光により画像を形成する複数の画像形成装置と、
前記複数の画像形成装置から射出された色光を合成する色合成素子と、
前記色合成素子により合成された色光を投射する投射光学系と、を備え、
前記複数の画像形成装置の少なくとも１つが自発光型の画像形成装置であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記自発光型の画像形成装置が、
前記画像を構成する複数の画素に対応して設けられた複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を駆動して該複数の発光素子の各々から所定の階調の色光を発生させる駆動部と、を含んでいることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記発光素子が、エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード、レーザーダイオードのいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記自発光型の画像形成装置を除く前記複数の画像形成装置の少なくとも１つが、前記自発光型の画像形成装置と発光原理が異なる光により画像を形成す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プロジェクタ。
【請求項５】
前記自発光型の画像形成装置を除く前記複数の画像形成装置の少なくとも１つが、光変調装置であるとともに、該光変調装置を照明する照明光学系とを含んでい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プロジェクタ。
【請求項６】
前記複数の画像形成装置により形成される画像は、前記投射光学系のバックフォーカスの位置における画像外形形状及び画像外形寸法が前記複数の画像形成装置で略一致していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記複数の画像形成装置の１つに対応して設けられ、対応する画像形成装置により形成される画像の前記投射光学系のバックフォーカスの位置における形状及び寸法を調整する画像外形調整光学系を含んでいることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記複数の画像形成装置の各々の画素サイズが、前記複数の画像形成装置で異なっていることを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記複数の画像形成装置は、色光を射出する射出領域の形状及び寸法が互いに略一致しているとともに、前記複数の画像形成装置の各々に対応する前記射出領域の位置が前記投射光学系のバックフォーカスの位置と略一致するように配置されてい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、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大画面の画像を表示可能な装置の１つとしてプロジェクタが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１の投射型表示装置（プロジェクタ）は、光源、反射型の液晶ライトバルブ、投射光学系等を備えている。光源から射出された光は、偏光変換素子アレイにより偏光状態が揃えられた後、ダイクロイックミラーにより波長域が異なる複数の色光に分離される。複数の色光は、それぞれ反射型の液晶パネルにより変調され、色合成素子により合成される。合成された色光が投射光学系により拡大投射されることにより、カラーの投射画像が得られる。
【０００３】
このようなプロジェクタにあっては、直視型の表示装置よりも大画面の画像を得ることが容易であるが、エネルギー効率を大幅に改善することが難しい。例えば、ランプ光源を用いたプロジェクタにおいて、ランプ光源から液晶ライトバルブに到達する光の光量は、発光光量の１／２程度である。液晶ライトバルブに入射した光は、その１／２程度が捨てられることにより、所望の階調の光になる。したがって、液晶ライトバルブから射出される光の光量は発光光量の１／４程度になり、投射光学系での光の損失を考慮するとプロジェクタ全体での光の利用効率は２０％程度になる。
【０００４】
光の利用効率を改善するためには、ランプ光源から液晶ライトバルブまでの照明光学系における光の損失を減らすこと、液晶ライトバルブでの光の利用効率を高めること等が考えられる。しかしながら、前者については改善の余地が少なく、また照明光学系のコストが増加してしまうおそれもある。後者については、コントラストを確保しつつ光の利用効率を高めることが原理的に難しい。以上のように、従来のプロジェクタにあっては、光の利用効率を飛躍的に改善することが難しいので、エネルギー効率を飛躍的に改善することが困難である。
【０００５】
エネルギー効率を改善可能な技術として、特許文献２に開示されている技術が挙げられる。特許文献２の投射型表示装置（プロジェクタ）は、ＥＬ発光素子、投射光学系等を備えている。カラーＥＬ変調パネルから射出された光が投射レンズにより投射され、カラーの投射画像が得られる。カラーＥＬ変調パネルの発光素子は、画素の階調に応じた光量だけ発光するので、エネルギー効率を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−８４８２０号公報
【特許文献２】特開２００４−６２１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２のプロジェクタにあっては、エネルギー効率が改善されるが、以下に説明するように大画面表示を行うことが難しくなる。
一般に、ＥＬ発光素子により得られる光量は、ランプ光源等により得られる光量に比べて格段に少ない。例えば、ランプ光源やレーザー光源等による光の明るさが数十〜数千ルーメン程度であるのに対して、ＥＬ発光素子による光の明るさはわずか３ルーメン程度である。ＥＬ発光素子の高輝度化を図ろうとしても、発光材料の限界等からランプ光源と同等の明るさを実現することは困難を極める。結局のところ、ランプ光源を用いたプロジェクタと同程度の明るさの画像を表示しようとすれば、画像サイズが小さくなり、プロジェクタの特長を活かすことができなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、前記の事情に鑑みなされたものであり、明るく視認性の高い画像を提供しつつ、格段に光の利用効率を改善すること、高コントラストな広色域画像を表示することが可能なプロジェクタを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のプロジェクタは、互いに波長域が異なる複数の色光の各々に対応して設けられ、対応する色光により画像を形成する複数の画像形成装置と、前記複数の画像形成装置から射出された色光を合成する色合成素子と、前記色合成素子により合成された色光を投射する投射光学系と、を備え、前記複数の画像形成装置の少なくとも１つが自発光型の画像形成装置であることを特徴とする。
【００１０】
複数の画像形成装置から射出された複数の色光が、色合成素子により合成された後、投射光学系により投射される。これにより、カラー画像の表示が可能なプロジェクタになる。前記の構成によれば、複数の画像形装置の少なくとも１つが自発光型の画像形成装置であるので、この画像形成装置に照明光学系が不要になり、照明光学系における光の損失が無くなる分だけ光の利用効率が高くなる。したがって、プロジェクタ全体としての光の利用効率が格段に高くなり、格段に低消費電力のプロジェクタになる。
【００１１】
また、前記自発光型の画像形成装置が、前記画像を構成する複数の画素に対応して設けられた複数の発光素子と、前記複数の発光素子を駆動して該複数の発光素子の各々から所定の階調の色光を発生させる駆動部と、を含んでいる構成にすることもできる。この場合には、前記発光素子が、エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード、又はレーザーダイオードのいずれか１つであってもよい。
【００１２】
このようにすれば、自発光型の画像形成装置において画素ごとに所望の階調の色光を生じさせることができるので、発光素子から発せられた色光のほとんどを画像表示に用いることができる。したがって、プロジェクタ全体としての光の利用効率が格段に高くなり、格段に低消費電力のプロジェクタになる。また、画素ごとに発光光量を制御し、黒表示では発光させないことにより、表示される画像を高コントラストにすることもできる。
【００１３】
エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子と称する場合がある）の形成材料である発光材料は、様々な波長域に対応した多種類のものが知られている。したがって、発光素子がＥＬ素子であれば、所望の色光に対応した画像形成装置を構成することが容易になる。発光素子が、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する場合がある）であれば、ＥＬ素子よりも高出力な光を得ることができる。発光素子が、レーザーダイオード（以下、ＬＤと称する場合がある）であれば、ＬＥＤよりもさらに高出力な光を得ることができる。また、ＥＬ素子やＬＥＤ、ＬＤを発光素子に用いることにより、色再現範囲を広げることができ、広色域において高コントラストな画像を得ることが可能となる。
【００１４】
また、前記自発光型の画像形成装置を除く前記複数の画像形成装置の少なくとも１つが光変調装置であるとともに、該光変調装置を照明する照明光学系とを含んでいる構成にすることもできる。
【００１５】
このようにすれば、自発光型の画像形成装置に用いられる発光素子から得ることが難しい色光であっても、照明光学系により容易に得られる。照明光学系から射出された色光を光変調装置が変調することにより、自発光型の画像形成装置により得ることが難しい色光に対応する画像を容易に得ることができる。
【００１６】
また、前記複数の画像形成装置により形成される画像は、前記投射光学系のバックフォーカスの位置における形状及び寸法が前記複数の画像形成装置で略一致していることが好ましい。
このようにすれば、複数の画像形成装置から射出される複数の光束（画像）を過不足無く重ねあわせて合成することが可能になる。したがって、合成された光束のほとんどを画像表示に用いることができ、光の利用効率を高めることができる。
【００１７】
また、前記複数の画像形成装置の１つに対応して設けられ、対応する画像形成装置により形成される画像の前記投射光学系のバックフォーカスの位置における形状及び寸法を調整する画像外形調整光学系を含んでいる構成にしてもよい。この場合には、前記複数の画像形成装置の各々の画素サイズが、前記複数の画像形成装置で異なっていてもよい。
【００１８】
画像外形調整光学系を含んでいれば、画像形成装置により形成される画像のバックフォーカスの位置における形状及び寸法が画像外形調整光学系により調整されるので、この画像形成装置において色光を射出する射出領域の形状及び寸法に対する制約や、この画像形成装置の配置に対する制約が緩やかになる。
【００１９】
一般に、自発光型の画像形成装置は、発光素子の種類や発光素子の駆動方法、発光素子の製造方法等によって射出領域の寸法が異なる。前記の構成によれば、自発光型の画像形成装置の構成に対する制約が緩やかになり、画素サイズが互いに異なる複数の画像形成装置を組み合わせることが容易になる。したがって、発光素子の種類や発光素子の駆動方法の選択自由度が高くなり、所望の色光を得やすい画像形成装置にすることができる。よって、低消費電力でありながら、高品質な画像が得られる良好なプロジェクタを構成することが可能になる。
【００２０】
また、複数の画像形成装置の各々に用いられる色光の発光原理が互いに異なる場合に、画像形成装置における射出領域を略同一の寸法にする手法と比較して、複数の画像形成装置の射出領域を射出領域が最大であるものに揃える必要がなくなり、装置を低コストかつ小型にすることが可能になる。
【００２１】
また、自発光型の画像形成装置の構成に対する制約が緩和されるので、発光素子の発光原理に応じて発光素子の間隔を調整することができる。発光素子の間隔を調整することにより冷却効率を改善することができ、発光素子の効率や輝度、信頼性を良好にすることができる。
【００２２】
また、前記複数の画像形成装置は、色光を射出する射出領域の形状及び寸法が互いに略一致しているとともに、前記複数の画像形成装置の各々に対応する前記射出領域の位置が前記投射光学系のバックフォーカスの位置と略一致するように配置されている構成にしてもよい。
【００２３】
このようにすれば、複数の画像形成装置により形成される画像のバックフォーカスの位置における形状及び寸法が、複数の画像形成装置で略一致する。したがって、複数の画像形成装置から射出される複数の光束（画像）を過不足無く重ねあわせて合成することが可能になり、光の利用効率が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は射出領域の平面拡大図、（ｂ）は、発光素子の要部断面図である。
【図３】電気光学パネルの駆動部の回路構成を示す模式図である。
【図４】第２実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図５】第３実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ２つの中間像の関係性を示す概念図である。
【図７】第４実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図８】光線整形レンズの構成を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。説明に用いる図面において、特徴的な構造を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。また、以下の実施形態において、同様の構成要素には同じ符号を付しており、その詳細な説明を省略する場合がある。
【００２６】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクタ１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、プロジェクタ１は、自発光型の電気光学パネル（画像形成装置）１１、１２と、液晶ライトバルブ（画像形成装置）１３と、照明光学系１４と、ダイクロイックプリズム（色合成素子）１５と、投射レンズ（投射光学系）１６とを含んでいる。
【００２７】
プロジェクタ１は、概略すると以下のように動作する。電気光学パネル１１は赤色の光Ｌｒを射出し、電気光学パネル１２は青色の光Ｌｂを射出する。液晶ライトバルブ１３は、光変調装置として機能し、照明光学系１４から射出された緑色の光Ｌｇを変調して射出する。波長域が互いに異なる光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、それぞれが画像を構成する光になっており、ダイクロイックプリズム１５により合成されて合成光Ｌになる。合成光Ｌが投射レンズ１６によってスクリーンや壁等の被投射面９に投射されることにより、フルカラーの投射画像が表示される。以下、プロジェクタ１の構成要素について詳しく説明する。
【００２８】
電気光学パネル１１、１２は、アレイ状に配置された複数の発光素子と、複数の発光素子を駆動する駆動部とを含んでいる。発光素子としては、ＥＬ素子、ＬＥＤ、ＬＤ、スーパーレーザーダイオード（以下、ＳＬＤと称する場合がある）、プラズマ発光素子等を用いることができる。本実施形態の電気光学パネル１１、１２は、いずれも発光素子としてＥＬ素子を用いたものである。電気光学パネル１１、１２は同様の構成になっているが、ＥＬ素子の発光層（後述する）の材質が異なる。これにより、電気光学パネル１１、１２は互いに異なる波長域の色光を射出するようになっている。電気光学パネル１１、１２の構成については後述する。
【００２９】
電気光学パネル１１において、光Ｌｒが射出される射出領域１１Ａは、平面形状が投射画像と略相似になっている。電気光学パネル１２の射出領域１２Ａは、電気光学パネル１１の射出領域１１Ａとほぼ同一の形状及び寸法になっている。射出領域１１Ａ、１２Ａの位置は、いずれも投射レンズ１６のバックフォーカスの位置と略一致している。
【００３０】
照明光学系１４は、光源１４１と、回折光学素子１４２と、平行化レンズ１４３と、集光レンズ１４４とを含んでいる。光源１４１は、例えばＬＥＤやＬＤが集積された光源や大面積のＥＬ素子からなる光源（発光パネル）等により構成される。回折光学素子１４２は、照明光学系１４により照明される液晶ライトバルブ１３の被照明領域の形状を、投射画像と略相似な形状に調整する。平行化レンズ１４３は、回折光学素子１４２から射出された光Ｌｇを平行化する。集光レンズ１４４は、平行化レンズ１４３から入射した光を液晶ライトバルブ１３の被照明領域に集光する。このような構成の照明光学系１４により、液晶ライトバルブ１３が照明されるようになっている。
【００３１】
液晶ライトバルブ１３は、照明光学系１４から入射した光Ｌｇを変調して射出するものである。液晶ライトバルブ１３において、変調された光Ｌｇが射出される射出領域１３Ａは、電気光学パネル１１、１２の射出領域１１Ａ、１２Ａとほぼ同一の形状及び寸法になっている。射出領域１３Ａの位置は、投射レンズ１６のバックフォーカスの位置と略一致している。
【００３２】
ダイクロイックプリズム１５は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成されている。ダイクロイックプリズム１５の内面（直角プリズムの表面）に、赤色の光Ｌｒを反射する誘電体多層膜と青色の光Ｌｂを反射する誘電体多層膜とが配置されている。光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂは、これらの誘電体多層膜によって合成される。合成された合成光Ｌは、投射レンズ１６に入射し、投射レンズ１６により被投射面９に拡大投射される。
【００３３】
図２（ａ）は、電気光学パネル１１において色光が射出される射出領域を拡大して示す平面図であり、図２（ｂ）は、発光素子の要部断面図である。なお、図２（ｂ）には、図２（ａ）のＢ−Ｂ線における断面に対応する部分を示している。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、射出領域１１Ａはマトリックス状に配置された複数の画素領域Ｐを含んでいる。複数の画素領域Ｐの各々には、発光素子が設けられている。図２（ｂ）に示すように、発光素子１７は、画素電極１７１と共通電極１７３との間に、発光層１７２が挟持された構造になっている。
【００３５】
本実施形態の発光素子１７は、基板１７０を基体として形成されている。基板１７０は、例えば駆動回路（駆動部）が形成されたアクティブマトリックス基板等である。基板１７０は、複数の発光素子１７で共通になっている。
【００３６】
基板１７０上には、島状の複数の画素電極１７１が形成されている。本実施形態の画素電極１７１は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなり、陽極として機能するものである。画素電極１７１と平面的に重なる部分の基板１７０には図示略の反射膜が設けられている。複数の画素電極１７１の間には、絶縁材料からなる隔壁１７４が設けられている。隔壁１７４は、平面視した画素電極１７１を枠状に囲んで設けられている。隔壁１７４に囲まれる領域における画素電極１７１上には、発光層１７２が設けられている。
【００３７】
本実施形態の発光層１７２は、エレクトロルミネッセンス材料からなっている。発光層１７２上と隔壁１７４上とにわたって、共通電極１７３が設けられている。共通電極１７３は、複数の発光素子１７で共通して設けられている。本実施形態の共通電極１７３は、透光性を有する導電材料からなっており、陰極として機能するものである。
【００３８】
以上のような構成の発光素子１７において、画素電極１７１と共通電極１７３との間に電圧が印加されると、画素電極１７１から発光層１７２に正孔が供給されるとともに、共通電極１７３から発光層１７２に電子が供給される。正孔は、発光層１７２で電子と結合することにより結合エネルギーを生じる。エレクトロルミネッセンス材料に含まれる原子が結合エネルギーにより励起され、エレクトロルミネッセンス材料の種類に応じた波長域の色光（ここでは光Ｌｒ）が発生する。
【００３９】
画素電極１７１に向けて発せられた光Ｌｒは、前記反射部材で反射して共通電極１７３に向かって進行し、共通電極１７３を通って外部に取り出される。共通電極１７３に向けて発せられた光Ｌｒは、共通電極１７３を通って外部に取り出される。
【００４０】
図３は、電気光学パネル１１の駆動部の回路構成を示す模式図である。
図３に示すように、駆動部は、走査線駆動回路１１１や信号線駆動回路１１２等の信号源と、複数の走査線１１３や複数の信号線１１４、複数の電源線１１５等の配線と、ＴＦＴ１１６、１１８等のスイッチング素子と、保持容量１１７とを含んでいる。
【００４１】
複数の走査線１１３は、互いに略平行に延設されており、走査線駆動回路１１１と接続されている。走査線駆動回路１１１は、走査信号を供給するものである。複数の信号線１１４は、走査線１１３と略直交して延設されており、信号線駆動回路１１２と接続されている。信号線駆動回路１１２は、画素ごとの階調等のデータを含んだ画像信号を供給するものである。複数の電源線１１５は、信号線１１４と略平行に延設されており、図示略の電源と接続される。
【００４２】
走査線１１３と信号線１１４とに囲まれる領域が１画素に対応しており、この領域ごとに１つの発光素子１７が配置されている。走査線１１３と信号線１１４とが交差する部分付近には、ＴＦＴ１１６、１１８、が設けられている。ＴＦＴ１１６のゲート電極は、走査線１１３と接続されている。ＴＦＴ１１６のソースは信号線１１４と接続されており、ＴＦＴ１１６のドレインはＴＦＴ１１８のゲートと接続されている。ＴＦＴ１１８のソースは電源線１１５と接続されており、ＴＦＴ１１８のドレインは発光素子１７の画素電極１７１と接続されている。
【００４３】
このような構成により、走査線駆動回路１１１から供給される走査信号は、ＴＦＴ１１６のゲート電極に伝達されて、ＴＦＴ１１６をオンにする。ＴＦＴ１１６がオンになると、信号線駆動回路１１２から供給される画像信号は、ＴＦＴ１１８のゲート電極に伝達されて保持容量１１７に一定期間保持されるとともに、ＴＦＴ１１８をオンにする。ＴＦＴ１１８がオンになると、電源から電源線１１５を介して画素電極１７１に画像信号に応じた電圧が印加される。画素電極１７１に電圧が印加されると、電圧に応じた数の正孔や電子が発光層１７２に供給される。これにより、発光素子１７から画像信号に応じた階調の光が射出される。複数の発光素子１７の各々が１画素に対応する光を射出し、複数の発光素子１７により画像全体を示す光が射出される。
【００４４】
以上のような構成のプロジェクタ１にあっては、射出領域１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの位置が、いずれも投射レンズ１６のバックフォーカスの位置と略一致している。また、射出領域１１Ａ、１２Ａ、１３Ａの形状及び寸法が、互いに略一致している。したがって、光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々により被投射面９に形成される画像は、互いに形状及び寸法が略一致する。よって、光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々による画像を互いに過不足無く重ね合わせることができ、良好な投射画像が得られる。このように、プロジェクタ１にあっては、発光原理や変調方法が異なる画像形成装置を組み合わせて、画像表示を行うことが可能になっている。
【００４５】
また、自発光型の画像形成装置（電気光学パネル）１１、１２を用いているので、電気光学パネル１１、１２に照明光学系が不要になる。照明光学系を省略すれば、省略した分だけ照明光学系における光の損失がなくなる。また、電気光学パネル１１、１２は、画像を示す光として変調された光を発生させるので、照明光を変調する場合と異なり変調に伴う光の損失がなくなる。以上のように、プロジェクタ１にあっては、光の損失を格段に低減することができるので、光の利用効率を飛躍的に高めることができ、消費電力を格段に低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
次に、本発明のプロジェクタの第２実施形態を説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、複数の画像形成装置がいずれも自発光型である点と、複数の画像形成装置で画素サイズが異なっている点である。
【００４７】
図４は、第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を示す模式図である。図４に示すように、プロジェクタ２は、自発光型の電気光学パネル１１、１２、２３と、画像外形調整光学系２４と、ダイクロイックプリズム（色合成素子）１５と、投射レンズ（投射光学系）１６とを含んでいる。
【００４８】
本実施形態の電気光学パネル２３は、発光素子として機能する複数のＬＥＤがアレイ状に配置されたものである。複数のＬＥＤは、第１実施形態と同様の駆動部により駆動され、画像信号に応じた階調の光を射出するようになっている。複数のＬＥＤの各々が１画素に対応しており、複数のＬＥＤから射出される光が全体として１つの画像を示す光Ｌｇになっている。
【００４９】
電気光学パネル２３において、光Ｌｇが射出される射出領域は、射出領域１１Ａ、１２Ａの形状と相似になっている。電気光学パネル２３の画素サイズは、電気光学パネル１１、１２の画素サイズよりも大きくなっており、電気光学パネル２３の射出領域は、射出領域１１Ａ、１２Ａよりも広くなっている。
【００５０】
本実施形態の画像外形調整光学系２４は、集光レンズ２４１と平行化レンズ２４２とを含んでいる。電気光学パネル２３から射出された光Ｌｇは、集光レンズ２４１により集光された後に、平行化レンズ２４２により平行化されて、ダイクロイックプリズム１５に入射する。投射レンズ１６のバックフォーカスの位置において、光Ｌｇの光軸に直交する面における光束（光Ｌｇ）の断面２３Ａの面積が、射出領域１１Ａ、１２Ａの面積と略一致するように、集光レンズ２４１の焦点距離や平行化レンズ２４２の焦点距離が調整されている。これにより、光Ｌｇの光束の断面２３Ａは、射出領域１１Ａ、１２Ａと形状及び寸法が略一致するようになっている。
【００５１】
以上のような構成のプロジェクタ２にあっては、自発光型の画像形成装置１１、１２、２３を用いているので、格段に低消費電力のプロジェクタになっている。また、断面２３Ａ、射出領域１１Ａ、１２Ａの形状及び寸法が互いに略一致しているので、光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々により被投射面９に形成される画像は、互いに形状及び寸法が略一致する。したがって、光Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂの各々による画像を互いに過不足無く重ね合わせることができ、良好な投射画像が得られる。
【００５２】
ところで、ＬＥＤは高輝度な光が得られ、しかも耐久性が高いという特長を有するが、一方で耐熱性に劣ることが知られている。ＬＥＤを用いた画像形成装置にあっては、素子の劣化を抑制する観点や電気が光に変換される変換効率を良好にする観点で、ＬＥＤを冷却することが重要である。ＬＥＤの放熱性を高めるためや製造上の信頼性を確保するために、ＬＥＤを発光素子に用いた画像形成装置は、ＥＬ素子を用いた画像形成装置よりも画素サイズが大きくなることがある。通常であれば、このような画像形成装置を例えばＥＬ素子を用いた画像形成装置と組み合わせることは、画素サイズが互いに異なるために困難である。
【００５３】
一方、第２実施形態のプロジェクタ２によれば、画像形成装置２３により形成される画像のバックフォーカスの位置における形状及び寸法が画像外形調整光学系２４により調整される。したがって、画素サイズが異なる画像形成装置１１、１２、２３を組み合わせて装置を構成することができ、画像形成装置の構成に対する制約が緩やかになる。よって、所望の色光を得やすい発光素子や所望の色光を高効率で得られる発光素子を選択して画像形成装置を構成することができ、低消費電力でありながら高品質な画像が得られるプロジェクタにすることができる。
【００５４】
なお、集光レンズ２４１のみで画像外形調整光学系を構成してもよい。この場合には、断面２３Ａの面積が、射出領域１１Ａ、１２Ａの面積と略一致するように、集光レンズ２４１の焦点距離を調整すればよい。また、画像外形調整光学系は、フィールドレンズやプリズム、サーマルレンズ、流体曲率可変レンズ等を用いて構成することもできる。
【００５５】
また、ＥＬ素子やＬＥＤを用いた画像形成装置としては、光学レンズ、サーマルレンズ、ＬＤ等に用いられる共振器構造、計算機合成ホログラム素子（ＣＧＨ）等の指向性制御手段を備えたものを採用してもよい。
【００５６】
また、複数の画像形成装置で画素サイズを異ならせることにより、複数の色光の光量を調整するようにしてもよい。例えば、複数の画像形成装置がいずれも同じ発光原理の発光素子を用いたものである場合でも、波長域の違いによって発光素子から射出される色光の光線密度が異なることがある。このような場合に、射出する光の光線密度が相対的に低い発光素子を用いる画像形成装置の画素サイズを、射出する光の光線密度が相対的に高い発光素子を用いる画像形成装置の画素サイズよりも大きくすることにより、１画素あたりの光量を揃えることができる。発光原理が異なる発光素子を用いる場合にも同様に、画素サイズを調整することにより複数の色光の光量を調整することができる。
【００５７】
［第３実施形態］
次に、本発明のプロジェクタの第３実施形態を説明する。第３実施形態が第１実施形態と異なる点は、照明光学系が照度均一化光学系及びフィールドレンズを含んでいる点、電気光学パネルの射出領域が液晶ライトバルブの射出領域よりも大きくなっている点、及び画像外形調整光学系を含んでいる点である。
【００５８】
図５は、第３実施形態のプロジェクタ３の概略構成を示す模式図である。図５に示すように、プロジェクタ３は、自発光型の電気光学パネル１１と、液晶ライトバルブ１３と、照明光学系３４と、ダイクロイックプリズム３５と、結像レンズ（画像外形調整光学系）３４３と、投射レンズ１６とを含んでいる。本実施形態のダイクロイックプリズム３５は、２つの直角プリズムが互いに貼り合わされて形成されている。直角プリズムにおいて、貼りあわされる面には、波長選択性を有する反射膜が形成されている。
【００５９】
照明光学系３４は、光源１４１と、照度均一化光学系３４１と、フィールドレンズ３４２とを含んでいる。照度均一化光学系３４１は、一対のフライアイレンズにより構成されている。フライアイレンズは、いずれも複数のレンズ部がアレイ状に配置された構造になっている。一対のフライアイレンズにおいて、一方のフライアイレンズのレンズ部は、他方のフライアイレンズのレンズ部と１対１で対応している。
【００６０】
光源１４１から射出された光は、一方のフライアイレンズにおける複数のレンズ部に空間的に分かれて入射する。一方のフライアイレンズに入射した光はレンズ部ごとに集光されて、他方のフライアイレンズにおいて対応するレンズ部にて結像する。他方のフライアイレンズのレンズ部にて結像した光は、二次光源像を形成する。
【００６１】
他方のフライアイレンズに形成された複数の二次光源像からの光は、フィールドレンズ３４２により平行されるとともに、液晶ライトバルブ１３にて重畳される。液晶ライトバルブ１３は、空間的に分割された複数の分割光が重畳された光により照明され、液晶ライトバルブ１３における照度が均一になる。
【００６２】
液晶ライトバルブ１３から射出された光は、拡散光になっており光線（画像）が広がりつつ結像レンズ３４３に入射する。結像レンズ３４３に入射した光は、概略平行光になって射出される。結像レンズ３４３を通った光は、ダイクロイックプリズム３５に入射し、ダイクロイックプリズム３５内で反射することなく投射レンズ１６に入射する。光源１４１から投射レンズ１６に至る光の光軸に沿って、投射レンズ１６の主面１６ａから投射レンズ１６のバックフォーカスｂｆ２だけ離れた位置には中間像である画像Ｉｍ２が形成される。
【００６３】
電気光学パネル１１から射出された光は、ダイクロイックプリズム１５の内面で反射して光軸が折れ曲がり、投射レンズ１６に入射する。電気光学パネル１１から投射レンズ１６に至る光の光軸に沿って、投射レンズ１６の主面１６ａから投射レンズ１６のバックフォーカスｂｆ１だけ離れた位置には、中間像である画像Ｉｍ１が形成される。バックフォーカスｂｆ１は、バックフォーカスｂｆ２と略同一になっている。画像Ｉｍ１、Ｉｍ２は、ダイクロイックプリズム１５により合成される。合成された光（画像）が投射レンズ１６により拡大投射されことにより、カラーの画像が表示される。
【００６４】
図６（ａ）は、画像Ｉｍ１の外形と画像Ｉｍ２の外形との関係性を示す概念図である。図６（ａ）に示すように、画像Ｉｍ１、Ｉｍ２の外形はいずれも略長方形である。画像Ｉｍ１は、長辺の長さがａ１、短辺の長さがｂ１になっている。画像Ｉｍ２は、長辺の長さがａ２、短辺の長さがｂ２になっている。ａ１はａ２と略一致しており、ｂ１はｂ２と略一致している。すなわち、画像Ｉｍ１は、画像Ｉｍ２と画像外形形状（アスペクト比）及び画像外形寸法がいずれも略一致している。
【００６５】
画像Ｉｍ１は多数の画素Ｐ１により構成されており、画像Ｉｍ２は多数の画素Ｐ２により構成されている。ここでは、画素Ｐ１の形状が画素Ｐ２の形状と略一致しているとともに、画素Ｐ１の寸法が画素Ｐ２の寸法と略一致している。
【００６６】
以上のような構成のプロジェクタ３にあっては、投射レンズ１６のバックフォーカス位置における画像Ｉｍ１と画像Ｉｍ２とが、略同一の画像外形形状であり、かつ略同一の画像外形寸法になっている。したがって、画像Ｉｍ１が画像Ｉｍ２と過不足なく重ね合わされて拡大投射され、良好な画像が得られるとともに表示される。また、画像Ｉｍ１が画像Ｉｍ２と過不足なく重ね合わされるので、画像に寄与しない光がほとんどなくなり、光の利用効率が高められる。
【００６７】
なお、液晶ライトバルブ１３を通過する光が、波長域が異なる複数の色光の合成光であってもよい。例えば、色フィルター等により液晶ライトバルブ１３を通過する光が、青色光と緑色光との合成光になるような構成にしてもよい。このような構成において、液晶ライトバルブ１３を除いた画像形成装置により、視覚感度の低い長波長（例えば６４０ｎｍ）において高出力の赤色光による画像を形成すると、ホワイトバランスを実現することができる。このように、１以上の光源により画像を形成する画像形成装置や自発光型の画像形成装置を組み合わせることにより、広域にわたって色再現性が良好でかつ明るい画像が得られる。
【００６８】
また、複数の画像形成装置により形成される複数の中間像（画像）は、画像を構成する画素の形状や寸法の少なくとも一方が異なるものであってもよい。この場合には、視覚感度が相対的に高い波長域の光（例えば緑色光）による画像の解像度を、視覚感度が相対的に低い波長域の光（例えば赤色光）による画像の解像度よりも高くするとよい。これにより、視覚的に高解像度が得られる良好な画像になる。
【００６９】
図６（ｂ）は、複数の画像形成装置による複数の中間像の解像度が互いに異なっている例を示す概念図である。図６（ｂ）に示すように、例えば液晶ライトバルブが緑色光に対応する画像Ｉｍ３を形成する構成にする。また、ＬＥＤがアレイ状に配置された電気光学パネルが、赤色光や青色光に対応する画像Ｉｍ４を形成する構成にする。液晶ライトバルブによれば高解像度の画像を形成することができるので、画像Ｉｍ３の画素Ｐ３のサイズを画像Ｉｍ４の画素Ｐ４のサイズよりも小さくすることができる。
【００７０】
画像Ｉｍ３は、視覚感度が高い波長域の色光により形成されており、かつ高解像度になっているので、表示される画像全体としては高解像度感のある画像になる。これにより、例えば電気光学パネルを高解像度にすることが難しい場合であっても、良好な画像が得られるプロジェクタになる。
【００７１】
［第４実施形態］
次に、本発明のプロジェクタの第４実施形態を説明する。第４実施形態が第１実施形態と異なる点は、照明光学系が照度均一化光学系及びフィールドレンズを含んでいる点、電気光学パネルの射出領域が液晶ライトバルブの射出領域よりも大きくなっている点、及び画像外形調整光学系を含んでいる点である。
【００７２】
図７は、第４実施形態のプロジェクタ４の概略構成を示す模式図である。図７に示すように、プロジェクタ４は、電気光学パネル４１（自発光型の画像形成装置）と、光線整形レンズ４２と、フィールドレンズ４３と、液晶ライトバルブ１３と、照明光学系４４と、ダイクロイックプリズム３５と、投射レンズ１６とを含んでいる。
【００７３】
照明光学系４４は、光源４４１、ロッドレンズ４４２、結像レンズ４４３を含んでいる。光源４４１から射出された光は、ロッドレンズ４４２に入射して強度分布が均一化される。ロッドレンズから射出された光は、結像レンズ４４３を経て液晶ライトバルブ１３を照明する。液晶ライトバルブ１３から射出された光は、ダイクロイックプリズム３５に入射し、その内面で反射して光軸が折れ曲がって射出される。ダイクロイックプリズム３５から射出された光は、投射レンズ１６に入射する。
【００７４】
電気光学パネル４１は、例えばアレイ状に配置された多数の発光素子を含んでいる。発光素子は、画素領域４１Ｐごとに設けられている。画素領域４１Ｐから射出された光は、光線整形レンズ４２に入射する。光線整形レンズ４２は、入射光の光軸に直交する面における入射光の光束の形状を整形するものである。
【００７５】
光線整形レンズ４２から射出された光は、フィールドレンズ４３、及びダイクロイックプリズム３５を経て投射レンズ１６に入射する。フィールドレンズ４３に入射した光は、フィールドレンズ４３により広がり角が調整される。これにより、電気光学パネル４１により形成される画像の、投射レンズ１６のバックフォーカス位置における画像外形形状及び画像外形寸法が調整される。液晶ライトバルブ１３によって形成される画像と、電気光学パネル４１によって形成される画像とで、投射レンズ１６のバックフォーカス位置における画像外形形状及び画像外形寸法が揃えられる。
【００７６】
以上のような構成のプロジェクタ４にあっては、第１〜第３実施形態と同様に格段に光の利用効率が高められており、低消費電力でありながら高品質な画像が得られるものになっている。また、電気光学パネル４１から射出される光が、光線整形レンズ４２によって、光軸から離れる方向に広げられるので、電気光学パネル４１により形成される画像の画像外形寸法を容易に調整することができる。また、レンズ部４２１によって画素領域４１Ｐから射出される光の強度分布を画素ごとに均一にすることができ、画像の品質を高めることができる。
【００７７】
なお、第１〜第４実施形態は、本発明の態様を示す例であり、本発明の技術範囲は第１〜第４実施形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である。例えば、発光素子としては、ＥＬ素子、ＬＥＤ、ＬＤ、ＳＬＤ、プラズマ発光素子のいずれを用いてもよい。
【００７８】
また、第３、第４実施形態では画像形成装置が２つである構成を例示したが、例えば赤色光、緑色光、青色光のそれぞれに対応した３つの画像形成装置により構成されたプロジェクタであってもよい。
【００７９】
また、光線整形レンズ４２としては、図７に示した拡大光学系に代えて縮小光学系を用いることもできる。以下、光線整形レンズ４２の変形例を説明する。
【００８０】
図８（ａ）は、変形例の光線整形レンズ４２の構成を模式的に示す平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。図８（ａ）に示すように、光線整形レンズ４２は、アレイ状に配置された多数のレンズ部４２１を含んでいる。レンズ部４２１は、画素領域４１Ｐと１対１で対応している。ここでは、レンズ部４２１の平面形状が略円形になっている。
【００８１】
図８（ｂ）に示すように、レンズ部４２１は、平凸型の小レンズにより構成されている。ここでは、レンズ部４２１の平面側が、電気光学パネル４１からの光の入射側になっており、レンズ部４２１の凸面側が射出側になっている。レンズ部４２１は、光線整形レンズ４２に入射する光束の重心位置から離れて配置されているものほど、重心位置に向かって偏心している。換言すると、レンズ部４２１が重心位置から離れて配置されているほど、レンズ部４２１の頂点位置４２１ａが平面視したレンズ部４２１の中心位置から重心位置側にずれている。このように、光線整形レンズ４２はμレンズアレイにより構成されている。光線整形レンズ４２を経た光線により、光線整形レンズ４２を通る前の光に比べて、光全体として中心部にシフトした画像を形成することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１、２、３、４・・・プロジェクタ、１１、１２、２３、４１・・・自発光型の画像形成装置、１３・・・液晶ライトバルブ（光変調装置）、１５、３５・・・ダイクロイックプリズム（色合成素子）、１６・・・投射レンズ（投射光学系）、１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ・・・射出領域、２４、３４２・・・画像外形調整光学系、４２・・・光線整形レンズ（画像外形調整光学系）、４３・・・フィールドレンズ（画像外形調整光学系）、Ｌｒ・・・赤色の光（色光）、Ｌｇ・・・緑色の光（色光）、Ｌｂ・・・青色の光（色光）
【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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