(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出された光を第１の光と第２の光とに分離する第１の光分離光学系と、
前記第１の光を第１の色の第３の光と第２の色の第４の光とに分離し、前記第２の光を第３の色の第５の光と第４の色の第６の光とに分離し、前記光源から射出された光の光軸と前記第１の光の光軸とを含む平面と交差する方向に該第３の光と該第４の光と該第５の光と該第６の光とを射出する第２の光分離光学系と、
前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光が入射する光変調素子と、を備え、
前記光変調素子が備える画素は、第１のサブ画素と第２のサブ画素と第３のサブ画素と第４のサブ画素とからなり、
前記画素に対応してマイクロレンズが前記光変調素子の光入射側に設けられ、
前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光は、前記マイクロレンズの中心軸を挟んで対称となる４方向から該マイクロレンズにそれぞれ入射し、
前記マイクロレンズは、前記第３の光の一部を前記第１のサブ画素に向けて集光し、前記第４の光の一部を前記第２のサブ画素に向けて集光し、前記第５の光の一部を前記第３のサブ画素に向けて集光し、前記第６の光の一部を前記第４のサブ画素に向けて集光するプロジェクター。
【請求項２】
前記第１の光分離光学系は、前記第１の光を反射し前記第２の光を透過する第１の反射素子と、前記第２の光を反射する第２の反射素子と、を含み、
前記第２の光分離光学系は、前記第３の光と前記第５の光とを反射し前記第４の光と前記第６の光とを透過する第３の反射素子と、前記第４の光と前記第６の光とを反射する第４の反射素子と、を含む請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記第１の反射素子の反射面は前記第２の反射素子の反射面に対して傾いており、
前記第３の反射素子の反射面は前記第４の反射素子の反射面に対して傾いている請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記第１の光分離光学系に入射する前記光の光軸に対して４５°をなす仮想の軸を第１の軸とし、前記第１の光分離光学系に入射する前記光の光軸と前記第１の軸との双方に直交する仮想の軸に対して４５°をなす仮想の軸を第２の軸としたときに、
前記第１の反射素子の反射面と前記第１の軸とのなす角度と前記第２の反射素子の反射面と前記第１の軸とのなす角度とが互いに等しく、
前記第３の反射素子の反射面と前記第２の軸とのなす角度と前記第４の反射素子の反射面と前記第２の軸とのなす角度とが互いに等しい請求項３に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記第１のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第１のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、
前記第２のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第２のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、
前記第３のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第３のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、
前記第４のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第４のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記第１のサブ画素、前記第２のサブ画素、前記第３のサブ画素および前記第４のサブ画素の形状はそれぞれ、略正方形である請求項５に記載のプロジェクター。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、非球面レンズである請求項６に記載のプロジェクター。
【請求項８】
前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光は、それぞれ青色光、緑色光、黄色光および赤色光の中から選択される１つの色光である請求項１ないし６のいずれか１項に記載のプロジェクター。
【請求項９】
前記第３の光は、緑色光又は黄色光である請求項８に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光源から射出された光を複数の色光に空間分離し、分離された各色光をそれぞれ対応するサブ画素に入射させることによってカラー表示を行う単板式のプロジェクターとして、特許文献１に記載のプロジェクターが知られている。特許文献１のプロジェクターでは、光源から射出された光の入射光軸に沿って、赤色反射ダイクロイックミラー、緑色反射ダイクロイックミラーおよび青色反射ダイクロイックミラーが互いに非平行な状態で配置されている。これによって、光源から射出された光は、同一平面上で進行方向が互いに僅かに異なる赤色光、緑色光および青色光に分離される。分離された赤色光、緑色光および青色光は、光変調素子の入射側に設けられたマイクロレンズによってそれぞれ集光され、空間的に分離された状態で、光変調素子の赤色サブ画素、緑色サブ画素および青色サブ画素にそれぞれ入射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−６０５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のプロジェクターでは、赤色反射ダイクロイックミラー、緑色反射ダイクロイックミラーおよび青色反射ダイクロイックミラーが、光の入射光軸に沿って並べて配置されているため、赤色光、緑色光および青色光は一方向に、つまり一次元的に分離される。この場合、赤色サブ画素、緑色サブ画素および青色サブ画素は、一方向に、つまり一次元的に並べて配置される。そのため、仮に赤色サブ画素、緑色サブ画素および青色サブ画素の形状を正方形とすると、赤色サブ画素、緑色サブ画素および青色サブ画素によって構成される１つの画素のアスペクト比は３：１となり、赤色サブ画素、緑色サブ画素および青色サブ画素の並び方向の画像の解像度が低下する。
【０００５】
本発明は、画像の解像度が低下しにくいプロジェクター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】
【０００６】
本発明のプロジェクターは、光源と、前記光源から射出された光を第１の光と第２の光とに分離する第１の光分離光学系と、前記第１の光を第１の色の第３の光と第２の色の第４の光とに分離し、前記第２の光を第３の色の第５の光と第４の色の第６の光とに分離し、前記光源から射出された光の光軸と前記第１の光の光軸とを含む平面と交差する方向に該第３の光と該第４の光と該第５の光と該第６の光とを射出する第２の光分離光学系と、前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光が入射する光変調素子と、を備え、前記光変調素子が備える画素は、第１のサブ画素と第２のサブ画素と第３のサブ画素と第４のサブ画素とからなり、前記画素に対応して非球面レンズからなるマイクロレンズが前記光変調素子の光入射側に設けられ、前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光は、前記マイクロレンズの中心軸を挟んで対称となる４方向から該マイクロレンズにそれぞれ入射し、前記マイクロレンズは、前記第３の光の一部を前記第１のサブ画素に向けて集光し、前記第４の光の一部を前記第２のサブ画素に向けて集光し、前記第５の光の一部を前記第３のサブ画素に向けて集光し、前記第６の光の一部を前記第４のサブ画素に向けて集光する。
【０００７】
この構成によれば、光源から射出された光を第１の光分離光学系と第２の光分離光学系によって２方向に、つまり二次元的に分離することができる。そのため、光変調素子が備える画素において、第３の光が入射すべきサブ画素と、第４の光が入射すべきサブ画素と、第５の光が入射すべきサブ画素と第６の光が入射すべきサブ画素とを二次元的に配列することができる。よって、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターが提供される。
【０００８】
前記第１の光分離光学系は、前記第１の光を反射し前記第２の光を透過する第１の反射素子と、前記第２の光を反射する第２の反射素子と、を含み、前記第２の光分離光学系は、前記第３の光と前記第５の光とを反射し前記第４の光と前記第６の光とを透過する第３の反射素子と、前記第４の光と前記第６の光とを反射する第４の反射素子と、を含んでもよい。
【０００９】
この構成によれば、光源から射出された光を簡単な構成で第３の光、第４の光、第５の光および第６の光に分離することができる。
【００１０】
前記第１の反射素子の反射面は前記第２の反射素子の反射面に対して傾いており、前記第３の反射素子の反射面は前記第４の反射素子の反射面に対して傾いていてもよい。
【００１１】
この構成によれば、光源から射出された光を簡単な構成で第３の光、第４の光、第５の光および第６の光に分離することができる。
【００１２】
前記第１の光分離光学系に入射する前記光の光軸に対して４５°をなす仮想の軸を第１の軸とし、前記第１の光分離光学系に入射する前記光の光軸と前記第１の軸との双方に直交する仮想の軸に対して４５°をなす仮想の軸を第２の軸としたときに、前記第１の反射素子の反射面と前記第１の軸とのなす角度と前記第２の反射素子の反射面と前記第１の軸とのなす角度とが互いに等しく、前記第３の反射素子の反射面と前記第２の軸とのなす角度と前記第４の反射素子の反射面と前記第２の軸とのなす角度とが互いに等しくてもよい。
【００１３】
この構成によれば、第３の光、第４の光、第５の光および第６の光を光変調素子に対して４方向から互いに等しい角度で入射させることができる。
【００１４】
前記光変調素子が備える画素は、第１のサブ画素と第２のサブ画素と第３のサブ画素と第４のサブ画素とからなり、前記画素に対応してマイクロレンズが前記光変調素子の光入射側に設けられ、前記マイクロレンズは、前記第３の光の一部を前記第１のサブ画素に向けて集光し、前記第４の光の一部を前記第２のサブ画素に向けて集光し、前記第５の光の一部を前記第３のサブ画素に向けて集光し、前記第６の光の一部を前記第４のサブ画素に向けて集光してもよい。
【００１５】
この構成によれば、１つのマイクロレンズと対向する領域に４つのサブ画素が二次元的に配置されている。そのため、比較的パワー（屈折力）が小さいマイクロレンズを用いて、第３の光の一部を第１のサブ画素に入射させ、第４の光の一部を第２のサブ画素に向けて入射させ、第５の光の一部を第３のサブ画素に向けて入射させ、第６の光の一部を第４のサブ画素に向けて入射させることができる。よって、マイクロレンズの製造が容易となる。
【００１６】
前記第１のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第１のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、前記第２のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第２のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、前記第３のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第３のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、前記第４のサブ画素の形状は、前記マイクロレンズによって前記第４のサブ画素に向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であってもよい。
【００１７】
この構成によれば、マイクロレンズの集光像とサブ画素の形状とをマッチングさせることにより、光利用効率の向上と光変調素子の小型化とを図ることができる。
【００１８】
前記第１のサブ画素、前記第２のサブ画素、前記第３のサブ画素および前記第４のサブ画素の形状はそれぞれ、略正方形であってもよい。
【００１９】
この構成によれば、第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素および第４のサブ画素によって形成される１画素の形状が略正方形となる。そのため、画像の解像度の低下が生じにくい。
【００２０】
前記マイクロレンズは、非球面レンズでもよい。
【００２１】
この構成によれば、第３の光の一部を前記第１のサブ画素に入射させ、前記第４の光の一部を前記第２のサブ画素に向けて入射させ、前記第５の光の一部を前記第３のサブ画素に向けて入射させ、前記第６の光の一部を前記第４のサブ画素に向けて入射させることが容易となる。
【００２２】
前記第３の光、前記第４の光、前記第５の光および前記第６の光は、それぞれ青色光、緑色光、黄色光および赤色光の中から選択される１つの色光であってもよい。
【００２３】
この構成によれば、青色光、緑色光、黄色光および赤色光を用いた色再現性の高い画像表示が可能となる。
【００２４】
前記第３の光は、緑色光又は黄色光であってもよい。
【００２５】
第３の光、第４の光、第５の光および第６の光は、光変調素子までの光路長が互いに異なる。光変調素子までの光路長が長くなると、光が大きく広がった状態で光変調素子に入射するため、光変調素子の表示領域に入射する光の光量が低下し、暗い表示となる。第３の光は、第１の反射素子と第３の反射素子で反射されるので、光変調素子までの光路長は最も短い。そのため、光の広がりは最も小さくなり、明るい表示が可能となる。よって、第３の光を人間の視感度が高い緑色光又は黄色光とすれば、視認性のよい画像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの模式図である。
【図２】第１実施形態の光分離光学系の模式図である。
【図３】光分離光学系による色分離の様子を示す模式図である。
【図４】マイクロレンズアレイの構成および作用を説明する図である。
【図５】第２実施形態のプロジェクターの光分離光学系の模式図である。
【図６】光分離光学系による色分離の様子を示す模式図である。
【図７】第３実施形態のプロジェクターの光分離光学系の模式図である。
【図８】光分離光学系による色分離の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態のプロジェクター１を水平方向から見た側面図であり、図１（ｂ）は、同プロジェクター１を鉛直方向から見た上面図である。
【００２８】
プロジェクター１は、可視光を含む光Ｗを射出する光源１０と、光源１０から射出された非偏光な光Ｗを偏光方向が揃った光（例えばＳ偏光）に変換する偏光変換光学系２０と、光源１０からの光Ｗを波長域が互いに異なる４種類の色光（第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙ）に分離する光分離光学系３０と、外部から供給される画像情報に基づいて４種類の色光Ｇ，Ｂ，Ｒ，Ｙを変調しカラーの光学像を形成する単一の光変調素子４０と、形成されたカラーの光学像を不図示の投射面上に投射する投射光学系５０と、を備えている。
【００２９】
光源１０は、放射状に光Ｗを射出する光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光Ｗを一方向に向けて射出するリフレクター１２とを備えている。なお、光源ランプ１１としては、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を使用することができる。リフレクター１２としては、方物面リフレクター、楕円面リフレクター、球面リフレクター等を使用することができる。
【００３０】
偏光変換光学系２０は、光源１０から射出された光Ｗを略平行化して射出する凹レンズ２１と、凹レンズ２１から射出された光Ｗの照度分布を均一化するインテグレーター光学系としての第１のレンズアレイ（光束分割素子）２２及び第２のレンズアレイ（集光光学素子）２３と、非偏光な光Ｗに含まれる２種類の偏光（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を一つの偏光（例えばＳ偏光）に揃えて射出する偏光変換素子２４と、重畳レンズ（重畳素子）２５と、を備えている。なお、偏光変換光学系２０は、例えば特開平８−３０４７３９号公報にその詳細が開示されている公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００３１】
光分離光学系３０は、第１の反射素子３３および第２の反射素子３４からなる第１の光分離光学系３１と、第３の反射素子３５および第４の反射素子３６からなる第２の光分離光学系３２と、第２の光分離光学系３２から射出された光を光変調素子４０に集光する集光レンズ３７と、を備えている。
【００３２】
光分離光学系３０は、第１の光分離光学系３１と第２光分離光学系３２によって、光源１０から射出された光Ｗを２方向に、つまり二次元的に分離する。そして、詳細は後で説明するが、分離された第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙを光変調素子４０に対して互いに異なる方向から入射させ、第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙを光変調素子４０の互いに異なるサブ画素で変調させる。
【００３３】
光変調素子４０は、複数の画素を備える。光変調素子４０は、光分離光学系３０で分離された第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙを、図示しない外部から供給される画像情報に基づいてそれぞれ独立に光変調してカラーの光学像を形成し、入射側とは反対側から投射光学系５０に向けて射出する透過型の液晶装置である。光変調素子４０は、図示しない一対の基板間に例えばＶＡモードの液晶層を挟持した構成を有する。光変調素子４０の１画素内には、第３の光Ｇを変調する第１のサブ画素、第４の光Ｂを変調する第２のサブ画素、第５の光Ｒを変調する第３のサブ画素、および第６の光Ｙを変調する第４のサブ画素が設けられている。４つのサブ画素は、Ｙ方向とＺ方向に２行２列で配置されている。
【００３４】
図２は、光分離光学系３０の模式図である。
【００３５】
光分離光学系３０は、第１の光分離光学系３１と第２の光分離光学系３２とを備えている。
【００３６】
第１の光分離光学系３１は、光源１０から射出された光Ｗを第１の光Ｗ１ＧＢと第２の光Ｗ２ＹＲとに分離する。ここで、光源１０から射出された光Ｗの光軸方向がＺ軸方向と一致し、第１の光Ｗ１ＧＢの光軸方向がＹ軸方向と一致するように、ＸＹＺ座標系を設定する。
【００３７】
第２の光分離光学系３２は、第１の光Ｗ１ＧＢを第１の色の第３の光Ｇと第２の色の第４の光Ｂとに分離し、第２の光Ｗ２ＹＲを第３の色の第５の光Ｒと第４の色の第６の光Ｙとに分離する。さらに、第２の光分離光学系３２は、第３の光Ｇと第４の光Ｂと第５の光Ｒと第６の光Ｙとを、ＹＺ平面と交差する方向に射出する。
【００３８】
このように、第１の光分離光学系３１は、Ｚ軸方向に進む光を概ねＹ軸方向に進む二つの光に分離し、第２の光分離光学系３２は、概ねＹ軸方向に進む光を更にＹＺ平面と交差する方向に進む二つの光に分離する。そこで本明細書では、このような光分離を、光源１０から射出された光Ｗを、第１の光分離光学系と第２の光分離光学系によって２方向に、つまり二次元的に分離する、と表現する。
【００３９】
集光レンズ３７は、第２の光分離光学系３２から射出された第３の光Ｇと第４の光Ｂと第５の光Ｒと第６の光Ｙとを光変調素子４０に向けて集光する。
【００４０】
本実施形態の場合、第３の光Ｇは緑色光（５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長の光）であり、第４の光Ｂは青色光（３８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満の波長の光）であり、第５の光Ｒは赤色光（６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の光）であり、第６の光Ｙは黄色光（５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長の光）であるが、第３の光、第４の光、第５の光および第６の光は、これに限定されない。ただし、人間が知覚可能な色域に対して赤色光、緑色光および青色光の３原色光を用いた現在の表示素子で表現可能な色域は特に４９０ｎｍから５７０ｎｍ近傍の波長域でかなり狭いこと、また、緑色光に対する人間の視覚感度は高く、緑色光は鑑賞時の解像度感に大きな影響を及ぼすことを考慮すると、緑色光を２つの波長域（短波長側の緑色光、長波長側の緑色光（黄色光））に分離して、それぞれを独立に変調することが望ましい。
【００４１】
第１の光分離光学系３１は、第１の光Ｗ１ＧＢを反射し第２の光Ｗ２ＹＲを透過する第１の反射素子３３と、第２の光Ｗ２ＹＲを反射する第２の反射素子３４と、を含む。第２の光分離光学系３２は、第３の光Ｇと第５の光Ｒとを反射し第４の光Ｂと第６の光Ｙとを透過する第３の反射素子３５と、第４の光Ｂと第６の光Ｙとを反射する第４の反射素子３６と、を含む。
【００４２】
第１の反射素子３３および第３の反射素子３５は、特定の波長域の色光を透過或いは反射させる波長選択性を備えたミラー（ダイクロイックミラー）である。第２の反射素子３４は、第１の反射素子３３を透過した光をＺ軸と交差する方向に反射させる。第４の反射素子３６は、第３の反射素子３５を透過した光をＹＺ面と交差する方向に反射させる。そのため、第２の反射素子３４と第４の反射素子３６は一般的なミラーでもよいが、ダイクロイックミラーを用いてもよい。ダイクロイックミラーとすれば、特定の波長域の光だけを選択的に反射することができるので、照明光の色純度を高めやすくなる。さらに、赤外線や紫外線を透過するダイクロイックミラーを用いれば、光変調素子の劣化を低減することができる。
【００４３】
図２では、第１の反射素子３３と第３の反射素子３５に反射される第３の光Ｇを緑色光としたが、第３の光Ｇはこれに限定されない。ただし、次の理由により、第３の光は視感度の高い緑色光か黄色光にすることが好ましい。すなわち、第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙは、光変調素子までの光路長が互いに異なる。光変調素子までの光路長が長くなると、光が大きく広がった状態で光変調素子に入射するため、光変調素子の表示領域に入射する光の光量が低下し、暗い表示となる。第３の光Ｇは、第１の反射素子３３と第３の反射素子３５で反射されるので、光変調素子までの光路長は最も短い。そのため、光の広がりは最も小さくなり、明るい表示が可能となる。よって、第３の光Ｇを人間の視感度が高い緑色光又は黄色光とすれば、視認性のよい画像表示が可能となる。
【００４４】
第１の反射素子３３の反射面３３ａは第２の反射素子３４の反射面３４ａに対して傾いており、第３の反射素子３５の反射面３５ａは第４の反射素子３６の反射面３６ａに対して傾いている。
【００４５】
例えば、第１の光分離光学系３１に入射する光Ｗの光軸（Ｚ軸）に対して４５°をなす仮想の軸を第１の軸Ａｘ１とすると、第１の反射素子３３の反射面３３ａと第１の軸Ａｘ１とのなす角度（θ１）は第２の反射素子３４の反射面３４ａと第１の軸Ａｘ１とのなす角度（θ２）と等しい。
【００４６】
また、第１の光分離光学系３１に入射する光Ｗの光軸（Ｚ軸）と第１の軸Ａｘ１との双方に直交する仮想の軸に対して４５°をなす仮想の軸を第２の軸Ａｘ２とすると、第３の反射素子３５の反射面３５ａと第２の軸Ａｘ２とのなす角度（θ３）は第４の反射素子３６の反射面３６ａと第２の軸Ａｘ２とのなす角度（θ４）と等しい。
【００４７】
この構成によれば、第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙを、光変調素子４０に対して４方向から、基準方向とのなす角が互いに等しい角度で入射させることができる。基準方向とは、たとえば光変調素子４０の面法線である。なお、本実施形態の場合、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４は、いずれも７°であるが、角度θ１、角度θ２、角度θ３および角度θ４は、これに限定されない。
【００４８】
本実施形態では、第３の光Ｇの光軸と第４の光Ｂの光軸とを含む平面（ＸＹ平面）が、第３の光Ｇの光軸と第５の光Ｒの光軸とを含む平面（ＸＺ平面）と直交するように、反射面３３ａと反射面３４ａと反射面３５ａと反射面３６ａとを設置している。これにより、光源１０から射出された光Ｗを２方向に二次元的に分離することが可能となる。
【００４９】
図３は、第１の光分離光学系３１および第２の光分離光学系３２による色分離の様子を示す模式図である。図４（ａ）は、複数のマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイ４１の斜視図である。マイクロレンズアレイ４１は光変調素子４０の光入射側に設けられている。図３（ａ）には複数の画素ＰＸのうち一つの画素ＰＸＡを示しており、複数のマイクロレンズのうち一つのマイクロレンズ４１Ａは画素ＰＸＡと対応するように設けられている。図３（ａ）は、光源からの光Ｗを色分離せずにそのままマイクロレンズ４１Ａを介して光変調素子の画素ＰＸＡに入射させた場合の画素ＰＸＡの平面図である。図３（ｂ）は、光源からの光Ｗを第１の光分離光学系で第１の光Ｗ１ＧＢおよび第２の光Ｗ２ＹＲに分離した後、第２の光分離光学系で色分離せずにマイクロレンズ４１Ａを介して光変調素子の画素ＰＸＡに入射させた場合の画素ＰＸＡの平面図である。図３（ｃ）は、光源からの光Ｗを第１の光分離光学系および第２の光分離光学系で第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙに分離した後、マイクロレンズ４１Ａを介して光変調素子４０の画素ＰＸＡに入射させた場合の画素ＰＸＡの平面図である。
【００５０】
なお、光変調素子４０は、画素ＰＸ内に、第３の光Ｇに対応して設けられた第１のサブ画素ＰＧ、第４の光Ｂに対応して設けられた第２のサブ画素ＰＢ、第５の光Ｒに対応して設けられた第３のサブ画素ＰＲおよび第６の光Ｙに対応して設けられた第４のサブ画素ＰＹと、を含む。マイクロレンズ４１Ａは、マイクロレンズアレイ４１に入射した光のうち、第３の光Ｇの一部を第１のサブ画素ＰＧに向けて集光し、第４の光Ｂの一部を第２のサブ画素ＰＢに向けて集光し、第５の光Ｒの一部を第３のサブ画素ＰＲに向けて集光し、第６の光Ｙの一部を第４のサブ画素ＰＹに向けて集光させる。ここで、例えば第３の光Ｇの一部とは、第３の光Ｇのうちマイクロレンズ４１Ａに入射した光、という意味である。マイクロレンズ４１Ａの中心軸方向から見たときに、画素ＰＸＡとマイクロレンズ４１Ａとが平面視でぴったり重なるように両者の寸法形状が形成されている。１つの画素ＰＸには、互いに独立に光変調を行う略正方形の４つのサブ画素（第１のサブ画素ＰＧ、第２のサブ画素ＰＢ、第３のサブ画素ＰＲおよび第４のサブ画素ＰＹ）が設けられ、４つのサブ画素が互いに直交する２方向に二次元的に配列することにより、略正方形の画素ＰＸが形成されている。画素ＰＸの形状が略正方形とされることで、画像の縦方向と横方向のいずれの方向においても、画像の解像度の低下が生じにくくなっている。
【００５１】
第１のサブ画素ＰＧの形状は、マイクロレンズ４１Ａによって第１のサブ画素ＰＧに向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、第２のサブ画素ＰＢの形状は、マイクロレンズ４１Ａによって第２のサブ画素ＰＢに向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、第３のサブ画素ＰＲの形状は、マイクロレンズ４１Ａによって第３のサブ画素ＰＲに向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状であり、第４のサブ画素ＰＹの形状は、マイクロレンズ４１Ａによって第４のサブ画素ＰＹに向けて集光される光を包含可能な必要且つ十分な形状である。このようにマイクロレンズ４１Ａの集光像とサブ画素の形状とをマッチングさせることにより、光利用効率の向上と光変調素子の小型化とを図ることが可能となっている。
【００５２】
図３（ａ）に示すように、光源からの光Ｗを第１の光分離光学系および第２の光分離光学系のいずれによっても分離しない場合には、光Ｗはマイクロレンズ４１Ａの中心軸を通って画素ＰＸＡの中央部に入射する。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、光Ｗを第１の光分離光学系で第１の光Ｗ１ＧＢと第２の光Ｗ２ＹＲとに分離すると、第１の光Ｗ１ＧＢと第２の光Ｗ２ＹＲとはそれぞれ、画素ＰＸＡ内の互いに異なる位置に入射する。画素ＰＸＡ内において第１の光Ｗ１ＧＢが入射する位置と第２の光Ｗ２ＹＲが入射する位置とを結ぶ方向を第１の方向とする。
【００５４】
図３（ｃ）に示すように、第１の光分離光学系で分離された第１の光Ｗ１ＧＢと第２の光Ｗ２ＹＲをさらに第２の光分離光学系で分離すると、第１の光Ｗ１ＧＢは、第１の方向と交差する方向に第３の光Ｇと第４の光Ｂとに分離される。また、第２の光Ｗ２ＹＲは、第１の方向と交差する方向に第５の光Ｒと第６の光Ｙとに分離される。
【００５５】
画素ＰＸ内において、第３の光Ｇが照射される位置を位置Ａ３とし、第４の光Ｂが照射される位置を位置Ａ４とし、第５の光Ｒが照射される位置を位置Ａ５とし、第６の光Ｙが照射される位置を位置Ａ６とする。また、位置Ａ３と位置Ａ４とを結ぶ直線を直線Ｌ１とし、位置Ａ５と位置Ａ６とを結ぶ直線を直線Ｌ２とする。本実施形態によれば、直線Ｌ１は直線Ｌ２と一致していない。直線Ｌ１が直線Ｌ２と一致するということは、第１のサブ画素ＰＧ、第２のサブ画素ＰＢ、第３のサブ画素ＰＲおよび第４のサブ画素ＰＹが一次元的に配列されているということである。図３（ｃ）に示すように、位置Ａ３と位置Ａ４と位置Ａ５と位置Ａ６は、画素ＰＸ内において擬似マトリクス状に位置している。
【００５６】
従って、第３の光Ｇが入射すべき第１のサブ画素ＰＧと、第４の光Ｂが入射すべき第２のサブ画素ＰＢと、第５の光Ｒが入射すべき第３のサブ画素ＰＲと、第６の光Ｙが入射すべき第４のサブ画素ＰＹとを、画素ＰＸ内に二次元的にマトリクス状に配置することができる。
【００５７】
図４（ａ）は、複数のマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイ４１の斜視図である。図４（ｂ）および図４（ｃ）は、マイクロレンズアレイ４１により第３の光Ｇと第４の光Ｂとが空間分離されて、それぞれ第１のサブ画素ＰＧと第２のサブ画素ＰＢとに入射する様子を示す図である。
【００５８】
図４（ａ）に示すように、マイクロレンズアレイ４１は、互いに直交する２方向（Ｙ方向とＺ方向）に配列した複数のマイクロレンズを備えている。複数のマイクロレンズのうち一のマイクロレンズ４１Ａは、その中心軸４１ａｘ方向（Ｘ方向）から見た平面形状が略正方形であり、且つ、その中心軸４１ａｘを通るＸＹ平面と平行な平面で切った断面の形状が山形である非球面レンズである。マイクロレンズアレイ４１は、光変調素子４０の内部に内蔵されていてもよいし、光変調素子４０の光入射側に、光変調素子４０とは別体に設けられていてもよい。
【００５９】
ここで、マイクロレンズ４１Ａに対応する画素ＰＸを画素ＰＸＡとする。また、画素ＰＸＡが備える第１のサブ画素ＰＧを第１のサブ画素ＰＧＡとし、画素ＰＸＡが備える第２のサブ画素ＰＢを第２のサブ画素ＰＢＡとする。
【００６０】
図４（ｂ）に示すように、第３の光Ｇは、マイクロレンズ４１Ａの中心軸４１ａｘに対して角度αをなす方向からマイクロレンズアレイ４１に入射する。第３の光Ｇのうち、マイクロレンズ４１Ａに入射した光は、マイクロレンズ４１Ａによって第１のサブ画素ＰＧＡに向かって集光され、第１のサブ画素ＰＧＡのほぼ中央部に入射される。
【００６１】
図４（ｃ）に示すように、第４の光Ｂは、マイクロレンズ４１Ａの中心軸４１ａｘに対して角度βをなす方向からマイクロレンズアレイ４１に入射する。第４の光Ｂのうち、マイクロレンズ４１Ａに入射した光は、マイクロレンズ４１Ａによって第２のサブ画素ＰＢＡに向かって集光され、第２のサブ画素ＰＢＡのほぼ中央部に入射される。
【００６２】
角度αが角度βとほぼ等しくなるようにすれば、画素ＰＸＡにおいて、第３の光Ｇのうちマイクロレンズ４１Ａに入射した光が照射される領域と第４の光Ｂのうちマイクロレンズ４１Ａに入射した光が照射される領域とは、中心軸４１ａｘを通りＺ軸と平行な面に対して対称となる。他の画素ＰＸにおいても同様である。
【００６３】
したがって、角度αと角度βとを適切に設定すれば、複数の第１のサブ画素ＰＧと複数の第２のサブ画素ＰＢとをＹ軸方向に交互に規則的に配置することができる。
【００６４】
図４（ｂ）と図４（ｃ）を用いて、第３の光Ｇと第４の光Ｂとについて説明したが、同様に、第５の光Ｒは第３のサブ画素ＰＲＡに入射し、第６の光Ｙは第４のサブ画素ＰＹＡに入射する。
【００６５】
また、図４（ｂ）と図４（ｃ）では、Ｚ軸方向から見たときの光の進み方を説明したが、Ｙ軸方向から見たときの光の進み方も同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
マイクロレンズ４１Ａのパワー（屈折力）は、マイクロレンズ４１Ａの高さ（Ｘ方向の厚み）によって変化する。マイクロレンズ４１Ａの高さが高いほどパワーは大きくなるが、製造は難しくなる。本実施形態のマイクロレンズ４１Ａは、１つのマイクロレンズ４１Ａと対向する領域に４つのサブ画素が２行２列で配置され、マイクロレンズ４１Ａの中心軸４１ａｘを挟んで対称な方向から入射した４つの光を互いに直交する２方向に空間分離すればよい。そのため、マイクロレンズ４１Ａのパワーはさほど大きくする必要がない。よって、マイクロレンズ４１Ａの製造が容易となる。
【００６７】
以上のように、本実施形態のプロジェクター１によれば、光源１０から射出された光Ｗを第１の光分離光学系３１と第２の光分離光学系３２によって２方向に分離して、互いに色が異なる第３の光Ｇ、第４の光Ｂ、第５の光Ｒおよび第６の光Ｙを生成することができる。そのため、第３の光Ｇが入射する第１のサブ画素ＰＧと、第４の光Ｂが入射する第２のサブ画素ＰＢと、第５の光Ｒが入射する第３のサブ画素ＰＲと第６の光Ｙが入射する第４のサブ画素ＰＹとを二次元的に配列することができる。よって、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターが提供される。特に本実施形態においては、第１のサブ画素ＰＧと第２のサブ画素ＰＢと第３のサブ画素ＰＲと第４のサブ画素ＰＹとが２行２列のマトリクス状に配置されているため、高画質の画像を表示することができる。
【００６８】
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のプロジェクターに用いられる光分離光学系６０の模式図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６９】
光分離光学系６０において第１実施形態の光分離光学系３０と異なる点は、光分離光学系６０の第１の反射素子６３および第３の反射素子６５の透過波長および反射波長が、第１実施形態の光分離光学系３０の第１の反射素子３３および第３の反射素子３５の透過波長および反射波長と異なる点である。
【００７０】
第１の光分離光学系６１は、第１の光Ｗ１ＧＲを反射し第２の光Ｗ２ＹＢを透過する第１の反射素子６３と、第２の光Ｗ２ＹＢを反射する第２の反射素子６４と、を含む。第２の光分離光学系６２は、第３の光Ｇと第５の光Ｂとを反射し第４の光Ｒと第６の光Ｙとを透過する第３の反射素子６５と、第４の光Ｒと第６の光Ｙとを反射する第４の反射素子６６と、を含む。
【００７１】
本実施形態の場合、第３の光Ｇは緑色光（５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長の光）であり、第４の光Ｒは赤色光（６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の光）であり、第５の光Ｂは青色光（３８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満の波長の光）であり、第６の光Ｙは黄色光（５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長の光）である。
【００７２】
第１の反射素子６３と第２の反射素子６４との配置関係や、第３反射素子６５と第４反射素子６６との配置関係は、第１実施形態における第１の反射素子３３と第２の反射素子３４との配置関係や、第３反射素子３５と第４反射素子３６との配置関係と同じである。
【００７３】
図６は、第１の光分離光学系および第２の光分離光学系による色分離の様子を示す模式図である。
【００７４】
本実施形態の場合、光源から射出された光Ｗは第１の光分離光学系６１によって、第１の光Ｗ１ＧＲと第２の光Ｗ２ＹＢとに分離される。ここで、光源１０から射出された光Ｗの光軸方向がＺ軸方向と一致し、第１の光Ｗ１ＧＲの光軸方向がＹ軸方向と一致するように、ＸＹＺ座標系を設定する。
【００７５】
第１の光Ｗ１ＧＲは第２の光分離光学系６２によって、第３の光Ｇと第４の光Ｒとに分離され、第２の光Ｗ２ＹＢは第２の光分離光学系６２によって、第５の光Ｂと第６の光Ｙとに分離される。さらに、第２の光分離光学系３２は、第３の光Ｇと第４の光Ｒと第５の光Ｂと第６の光Ｙとを、ＹＺ平面と交差する方向に射出する。第１実施形態と同様に、位置Ａ３と位置Ａ４と位置Ａ５と位置Ａ６は、画素ＰＸ内において擬似マトリクス状に位置している。
【００７６】
これにより、第３の光Ｇが入射するサブ画素ＰＧと、第４の光Ｒが入射するサブ画素ＰＲと、第５の光Ｂが入射するサブ画素ＰＢと第６の光Ｙが入射するサブ画素ＰＹとを２行２列のマトリクス状に配列することができる。よって、第１実施形態と同様に、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターが提供される。
【００７７】
［第３実施形態］
図７は、第３実施形態のプロジェクターに用いられる光分離光学系７０の模式図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７８】
光分離光学系７０において第１実施形態の光分離光学系３０と異なる点は、光分離光学系７０の第１の反射素子７３および第３の反射素子７５の透過波長および反射波長が、第１実施形態の光分離光学系３０の第１の反射素子３３および第３の反射素子３５の透過波長および反射波長と異なる点である。
【００７９】
第１の光分離光学系７１は、第１の光Ｗ１ＧＹを反射し第２の光Ｗ２ＲＢを透過する第１の反射素子７３と、第２の光Ｗ２ＲＢを反射する第２の反射素子７４と、を含む。第２の光分離光学系７２は、第３の光Ｇと第５の光Ｒとを反射し第４の光Ｙと第６の光Ｂとを透過する第３の反射素子７５と、第４の光Ｙと第６の光Ｂとを反射する第４の反射素子７６と、を含む。
【００８０】
本実施形態の場合、第３の光Ｇは緑色光（５２０ｎｍ以上５６０ｎｍ未満の波長の光）であり、第４の光Ｙは黄色光（５６０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長の光）であり、第５の光Ｒは赤色光（６００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の光）であり、第６の光Ｂは青色光（３８０ｎｍ以上５２０ｎｍ未満の波長の光）である。
【００８１】
第１の反射素子７３と第２の反射素子７４との配置関係や、第３反射素子７５と第４反射素子７６との配置関係は、第１実施形態における第１の反射素子３３と第２の反射素子３４との配置関係や、第３反射素子３５と第４反射素子３６との配置関係と同じである。
【００８２】
図８は、第１の光分離光学系および第２の光分離光学系による色分離の様子を示す模式図である。
【００８３】
本実施形態の場合、光源から射出された光Ｗは第１の光分離光学系7１によって、第１の光Ｗ１ＧYと第２の光Ｗ２RＢとに分離される。ここで、光源１０から射出された光Ｗの光軸方向がＺ軸方向と一致し、第１の光Ｗ１ＧＹの光軸方向がＹ軸方向と一致するように、ＸＹＺ座標系を設定する。
【００８４】
第１の光Ｗ１ＧYは第２の光分離光学系7２によって、第３の光Ｇと第４の光Yとに分離され、第２の光Ｗ２RＢは第２の光分離光学系7２によって、第５の光Rと第６の光Bとに分離される。さらに、第２の光分離光学系３２は、第３の光Ｇと第４の光Ｙと第５の光Ｒと第６の光Ｂとを、ＹＺ平面と交差する方向に射出する。本実施形態においても、位置Ａ３と位置Ａ４と位置Ａ５と位置Ａ６は、画素ＰＸ内において擬似マトリクス状に位置している。
【００８５】
これにより、第３の光Ｇが入射するサブ画素ＰＧと、第４の光Ｙが入射するサブ画素ＰＹと、第５の光Ｒが入射するサブ画素ＰＲと第６の光Ｂが入射するサブ画素ＰＢとを２行２列のマトリクス状に配列することができる。よって、第１実施形態と同様に、画像の解像度が低下しにくいプロジェクターが提供される。
【００８６】
［変形形態］
第１実施形態では、第３の光の光軸と第４の光の光軸とを含む平面が、第３の光の光軸と第５の光の光軸とを含む平面と直交するように、反射面３３ａと反射面３４ａと反射面３５ａと反射面３６ａとを設置したが、これに限られない。要は図３（Ｃ）に示したように、一の画素ＰＸに対応する直線Ｌ１と直線Ｌ２が互いに平行か互いに交わるように、光源１０から射出された光Ｗを２方向に分離すればよい。この点については、第２実施形態や第３実施形態でも同様である。
【符号の説明】
【００８７】
１…プロジェクター、１０…光源、３０…光分離光学系、３１…第１の光分離光学系、３２…第２の光分離光学系、３３…第１の反射素子、３３ａ…反射面、３４…第２の反射素子、３４ａ…反射面、３５…第３の反射素子、３５ａ…反射面、３６…第４の反射素子、３６ａ…反射面、４０…光変調素子、４１Ａ…マイクロレンズ、６０…光分離光学系、６１…第１の光分離光学系、６２…第２の光分離光学系、６３…第１の反射素子、６４…第２の反射素子、６５…第３の反射素子、６６…第４の反射素子、７０…光分離光学系、７１…第１の光分離光学系、７２…第２の光分離光学系、７３…第１の反射素子、７４…第２の反射素子、７５…第３の反射素子、７６…第４の反射素子、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙ，Ｗ…光、Ａｘ１…第１の軸、Ａｘ２…第２の軸、ＰＸ…画素、ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ，ＰＹ…サブ画素、Ｗ１ＧＢ，Ｗ１ＧＲ，Ｗ１ＧＹ…第１の光、Ｗ２ＹＲ，Ｗ２ＹＢ，Ｗ２ＲＢ…第２の光
【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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