(57)【要約】【課題】４種類の色光を用いて画像を形成することで表示可能な色域を拡大しつつ、装置の小型化と低コスト化を実現し、実用性の高いプロジェクタを提供する。【解決手段】本発明のプロジェクタ１は、４種類の色光を含む照明光を射出する光源２と、照明光を波長域によって時間的に分離して、第１、第２の色光を含む第１の照明光と第３、第４の色光を含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成する回転カラーフィルター３（時間的色光分離手段）と、第１、第２の照明光を空間的に分離して、第１サブフレーム期間に第１、第２の色光を生成し、第２サブフレーム期間に第３、第４の色光を生成する空間的色光分離光学系６と、隣接する２つのサブ画素にそれぞれ入射する第１、第２の色光、もしくは第３、第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な液晶ライトバルブ７（空間光変調素子）を備えている。【選択図】図１
2008065250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、
可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源と、
前記４種類の色光を含む照明光を波長域によって時間的に分離して、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成する時間的色光分離手段と、
前記第１の照明光、前記第２の照明光のそれぞれに含まれる色光を空間的に分離して、第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第２の色光とを生成し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記第３の色光と前記第４の色光とを生成する空間的色光分離手段と、
複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、
可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源と、
前記４種類の色光を含む照明光を空間的に分離して、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とを生成する空間的色光分離手段と、
第１のサブフレーム期間において、前記４種類の色光のうち、前記第１の色光と前記第３の色光とを第１の偏光状態に変換するとともに、前記第２の色光と前記第４の色光とを第２の偏光状態に変換し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間において、前記第１の色光と前記第３の色光とを前記第２の偏光状態に変換するとともに、前記第２の色光と前記第４の色光とを前記第１の偏光状態に変換し、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態のいずれか一方の色光を選択的に透過させ、前記第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第３の色光とを生成し、前記第２のサブフレーム期間に前記第２の色光と前記第４の色光とを生成する時間的色光分離手段と、
複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第３の色光、もしくは前記第２の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記４種類の色光が青色光、第１の緑色光、第２の緑色光、赤色光であり、前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、前記空間光変調素子の隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射されることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、時間的に隣接する２つのサブフレーム期間のそれぞれに生成されることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、
可視域の中で波長域の異なる４種類の色光をそれぞれ発光可能な複数の光源を有してなり、前記４種類の色光のうちのいずれか２種類の色光をそれぞれ発光可能な第１の光源および第２の光源と、前記２種類の色光と異なる２種類の色光をそれぞれ発光可能な第３の光源および第４の光源とを交互に発光させ、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成する光源部と、
前記第１の照明光および前記第２の照明光のそれぞれに含まれる２種類の色光を空間的に分離して、第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第２の色光とを生成し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記第３の色光と前記第４の色光とを生成する空間的色光分離手段と、
複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記空間的色光分離手段が、少なくとも一方が波長選択反射面である２つの反射面を入射光に対する入射角が異なるように配置した反射素子を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記反射素子の前記波長選択反射面で反射する色光が、前記光源から射出される色光のうちで光強度が最も小さい色光であることを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記光源と前記空間的色光分離手段との間に、前記光源から射出される非偏光の光をＳ偏光に変換する偏光変換素子を備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の表示装置。
【請求項９】
照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、
可視域の中で波長域の異なる４種類の色光をそれぞれ発光可能な複数の光源を有してなり、前記４種類の色光のうちのいずれか２種類の色光をそれぞれ発光可能な第１の光源および第２の光源と、前記２種類の色光と異なる２種類の色光をそれぞれ発光可能な第３の光源および第４の光源とを交互に発光させ、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成するとともに、前記第１の色光と前記第２の色光とを空間的に離れた位置に射出可能、かつ、前記第３の色光と前記第４の色光とを空間的に離れた位置に射出可能な光源部と、
複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
前記４種類の色光が青色光、第１の緑色光、第２の緑色光、赤色光であり、前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、前記空間光変調素子の隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射されることを特徴とする請求項５ないし９のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項１１】
照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、
可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源部と、
複数のサブ画素を有してなり、第１のサブフレーム期間に隣接する２つのサブ画素にそれぞれ入射する第１の色光と第２の色光、および前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記２つのサブ画素にそれぞれ入射する第３の色光と第４の色光を独立して変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の表示装置と、前記表示装置によって得られた光学像を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置およびプロジェクタに関し、特に広範囲の色域を表現可能であって４種類の色光を用いて投写画像を形成するプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイ機器の高性能化に伴って、実物を忠実かつ自然な色で再現するための技術が求められている。一般的なディスプレイ機器では、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３原色の色光を用いてカラー画像を生成する方法が用いられている。ところが、カラーフィルターや蛍光体等の制約もあり、この方法では人間が知覚できる色域の（マンセル色票集換算で）５割程度しかカバーすることができない。したがって、ディスプレイに表示される色は実物とは異なる色合いになる場合があり、ディスプレイ機器の応用分野が自ずと限定されてしまう。そのため、より広範囲な色域をカバーできるディスプレイ機器の開発が望まれている。
【０００３】
このような背景の下、変調する色光を従来の３原色よりも増やすことで表示可能な色域を拡大する、いわゆる多原色ディスプレイの開発が活発化してきている（例えば、非特許文献１参照）。これは、小型のライトバルブに形成した画像を拡大投写することで大画面表示を実現するプロジェクタにおいても同様である。
【０００４】
また、非特許文献２には、透過型の液晶ライトバルブを４枚用いたプロジェクタが開示されている。このプロジェクタにおいては、単独で変調が可能な黄色光（Ｙ）を従来の３原色光（Ｒ，Ｇ，Ｂ）に加えることで、表示可能な色域が従来比で１．４５倍程度に拡大され、従来のプロジェクタでは表現できなかった色合いを表現できるようになっている。
【非特許文献１】山口雅浩、「多原色ディスプレイ」、”カラーフォーラムJAPAN'99論文集”、光学四学会、１９９９年１１月、p.73-79
【非特許文献２】S.Roth, et al. 2005 SID Int. Symp. Tech. Digest of Papers, p.1818-1821(2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の非特許文献１，２に開示されたプロジェクタは、３つの液晶ライトバルブで独立に変調された３原色をクロスダイクロイックプリズムで合成する、という現在のプロジェクタで使用されている光学構成を基本とし、そこに従来と同じ液晶ライトバルブを４つ目の光変調手段として付加することで、多原色ディスプレイを実現したものである。
このように、多原色光を用いたプロジェクタは原理的には実現されているものの、液晶ライトバルブの増加に伴って部品点数も増加し、光学系の構成が複雑になってしまう。そのため、プロジェクタ装置の小型化と低コスト化が難しいという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、４種類の色光を用いて画像を形成することにより従来の装置に比べて表示可能な色域を拡大しつつも、装置の小型化と低コスト化を実現し、実用性の高い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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の表示装置は、照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源と、前記４種類の色光を含む照明光を波長域によって時間的に分離して、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成する時間的色光分離手段と、前記第１の照明光、前記第２の照明光のそれぞれに含まれる色光を空間的に分離して、第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第２の色光とを生成し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記第３の色光と前記第４の色光とを生成する空間的色光分離手段と、複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
なお、本発明で言う「サブフレーム期間」とは、１フレーム期間を２分割した期間のことであって、例えば、空間光変調素子を一般的な駆動周波数である６０Ｈｚで駆動した場合、１フレーム期間に相当する時間が１／６０秒（約１６．６ミリ秒）であるのに対し、１サブフレーム期間に相当する時間は１／１２０秒（約８．３ミリ秒）となる。また、「サブ画素」とは、１画素を構成する最小単位であって、本発明の場合には隣接配置された２つのサブ画素で１画素を構成する。
【０００９】
本発明の第１の表示装置は、２種類の色光を独立して変調可能であり、１サブフレーム時間（例えば１／１２０秒（１２０Ｈｚ））単位での表示が可能な空間光変調素子を一つ用い、この空間光変調素子にサブフレーム毎に組み合わせの異なる２種類ずつの色光を入射させ、各色光を変調することによって、１フレーム単位で４原色光を用いたカラー表示を実現するものである。換言すると、本発明の表示装置は、サブフレーム毎に組み合わせの異なる２種類の色光を変調する時分割型変調と、空間光変調素子上で空間的に分離して得られた異なる２種類の色光を変調する空間分離型変調を併用している点が特徴である。これにより、一般的な表示時間単位であるフレーム時間（１／６０秒、６０Ｈｚ表示）単位で見れば、１つの空間光変調素子を用いて４原色光を用いたカラー表示が可能となる。このように、本発明の第１の表示装置においては、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、空間光変調素子が１つで済むため、装置の小型化と低コスト化を実現することができる。
【００１０】
本発明の第２の表示装置は、照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源と、前記４種類の色光を含む照明光を空間的に分離して、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とを生成する空間的色光分離手段と、第１のサブフレーム期間において、前記４種類の色光のうち、前記第１の色光と前記第３の色光とを第１の偏光状態に変換するとともに、前記第２の色光と前記第４の色光とを第２の偏光状態に変換し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間において、前記第１の色光と前記第３の色光とを前記第２の偏光状態に変換するとともに、前記第２の色光と前記第４の色光とを前記第１の偏光状態に変換し、前記第１の偏光状態、前記第２の偏光状態のいずれか一方の色光を選択的に透過させ、前記第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第３の色光とを生成し、前記第２のサブフレーム期間に前記第２の色光と前記第４の色光とを生成する時間的色光分離手段と、複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第３の色光、もしくは前記第２の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の表示装置においても、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現でき、空間光変調素子が１つで済むことで装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった本発明の第１の表示装置と同様の効果を得ることができる。また、本発明の第１の表示装置では、時間的色光分離手段が波長域に応じて色光を時間的に分離するのに対し、本発明の第２の表示装置では、時間的色光分離手段が偏光状態に応じて色光を時間的に分離する点が異なっている。したがって、本構成は、例えば液晶ライトバルブのように、空間光変調素子が偏光光により変調を行うものに用いたときに好適である。
【００１２】
また、前記４種類の色光が青色光、第１の緑色光、第２の緑色光、赤色光である場合、前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、前記空間光変調素子の隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射される構成であることが望ましい。
青色光、緑色光、赤色光の中では、緑色光が最も解像度への影響が大きい色光である。よって、１画素を構成する２つのサブ画素のうち、同一のサブ画素に（異なるサブフレーム期間で）第１の緑色光、第２の緑色光を割り当てたのでは解像度向上効果は得にくく、異なるサブ画素に（異なるサブフレーム期間、同一のサブフレーム期間にかかわらず）第１の緑色光、第２の緑色光を割り当てることによって解像度向上効果を十分に得ることができる。
【００１３】
さらに上記の構成において、前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、時間的に隣接する２つのサブフレーム期間のそれぞれに生成されることが望ましい。
カラー画像を表示する場合、一般的に青色光、緑色光、赤色光の光量比は概ね１：６：３に設定されるように、他の色光に比べて緑色光の光量が最も多い傾向にある（例えば、光源として高圧水銀ランプのような緑色の光量が他の色の光量よりも多い光源を用いた場合には、特にそのような傾向となる）。したがって、同一のサブフレーム期間に第１の緑色光と第２の緑色光を割り当て、別のサブフレーム期間に赤色光と青色光を割り当てると、サブフレーム間での光量の変動が大きくなり、フリッカー（明るさのちらつき）が発生する恐れがあるため、好ましくない。したがって、フリッカー防止の観点から、第１の緑色光と第２の緑色光とを別々のサブフレーム期間に割り当てることが好ましい。
【００１４】
本発明の第３の表示装置は、照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光をそれぞれ発光可能な複数の光源を有してなり、前記４種類の色光のうちのいずれか２種類の色光をそれぞれ発光可能な第１の光源および第２の光源と、前記２種類の色光と異なる２種類の色光をそれぞれ発光可能な第３の光源および第４の光源とを交互に発光させ、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成する光源部と、前記第１の照明光および前記第２の照明光のそれぞれに含まれる２種類の色光を空間的に分離して、第１のサブフレーム期間に前記第１の色光と前記第２の色光とを生成し、前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記第３の色光と前記第４の色光とを生成する空間的色光分離手段と、複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第１，第２の表示装置は、光源として例えば高圧水銀ランプ等の可視全域にわたって発光スペクトルを有する光源、いわゆる白色光源を想定しているのに対し、本発明の第３の表示装置は、光源として例えば発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）、ＥＬ（Electro Luminescence）、レーザ等の発光波長域が可視全域にわたらず、狭い波長域の光（以下、このような光を単色光、単色光を発する光源を単色光源と呼称する）を発する単色光源を想定している。本発明の第３の表示装置においても、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現でき、空間光変調素子が１つで済むことで装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった本発明の第１，第２の表示装置と同様の効果を得ることができる。
【００１６】
さらに、本発明の第３の表示装置においては、第１の光源、第２の光源の組と、第３の光源、第４の光源の組とを交互に発光させるだけで、第１の色光と第２の色光を含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光を含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成することができる。そのため、本発明の第３の表示装置では、本発明の第１，第２の表示装置で用いた時間的色光分離手段が不要となり、更なる装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、波長域が異なる４種の光源を用いているため、サブフレーム期間毎の色光の組み合わせを自在に設定することができる。これにより、途中に介在する空間的色光分離手段を作製が容易な分光特性に設定できるため、空間的色光分離手段の高性能化や低コスト化を実現し易い。また、複数の光源を間欠的に発光させれば良いため、発光輝度を高め易く、明るい表示を実現することができる。
【００１７】
本発明の第１〜第３の表示装置において、前記空間的色光分離手段として、少なくとも一方が波長選択反射面である２つの反射面を入射光に対する入射角が異なるように配置した反射素子を含むものを用いることができる。
この構成においては、少なくとも一方の波長選択反射面を４種類の色光のうちの２種類を透過し、残りの２種類を反射させる特性を持つように設計する。こうすることにより、２つの反射面に２種類ずつの色光が入射されることになるが、２つの反射面を互いに入射角が異なるように配置しているため、２種類ずつの色光の反射光の射出角も異なることになる。したがって、２つの反射面の傾きを最適化することによって２種類ずつの色光の反射光の空間光変調素子に対する入射角を制御でき、それぞれの色光を隣接した２つのサブ画素に精度良く入射させることができる。
【００１８】
また、前記反射素子の前記波長選択反射面で反射する色光が、前記光源から射出される色光のうちで光強度が最も小さい色光であることが望ましい。
反射素子の波長選択反射面（ダイクロイック面）に所定の波長域を持つ色光を入射させたとき、その反射特性と透過特性は一般的に同等ではなく、透過光よりも反射光の方が光損失が少ない。したがって、いずれの色光を波長選択反射面で反射させても透過させても本発明の構成を実現できるが、光源から射出される色光のうちで光強度が最も小さい色光を波長選択反射面で反射させる構成とする方が、もともと強度が小さい色光の損失が少ないため、他の色光との間で光強度のバランスを取りやすく、結果的に明るい画像が得られる点で好ましい。
【００１９】
さらに上記の構成の場合、前記光源と前記空間的色光分離手段との間に、前記光源から射出される非偏光の光をＳ偏光に変換する偏光変換素子を備えることが望ましい。
反射素子の波長選択反射面では、一般にＰ偏光よりもＳ偏光の方が反射率が高いため、光源から射出される非偏光の光をＳ偏光に変換する偏光変換素子を備えることによって、光利用効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明の第４の表示装置は、照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光をそれぞれ発光可能な複数の光源を有してなり、前記４種類の色光のうちのいずれか２種類の色光をそれぞれ発光可能な第１の光源および第２の光源と、前記２種類の色光と異なる２種類の色光をそれぞれ発光可能な第３の光源および第４の光源とを交互に発光させ、第１の色光と第２の色光とを含む第１の照明光と、第３の色光と第４の色光とを含む第２の照明光とをサブフレーム期間毎に交互に生成するとともに、前記第１の色光と前記第２の色光とを空間的に離れた位置に射出可能、かつ、前記第３の色光と前記第４の色光とを空間的に離れた位置に射出可能な光源部と、複数のサブ画素を有してなり、隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射する前記第１の色光と前記第２の色光、もしくは前記第３の色光と前記第４の色光を独立してサブフレーム期間毎に変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第４の表示装置は、本発明の第３の表示装置と同様、光源としてＬＥＤ、ＥＬ、レーザ等の単色光を発光する単色光源を想定している。本発明の第４の表示装置においても、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現でき、空間光変調素子が１つで済むことで装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった本発明の第１〜第３の表示装置と同様の効果を得ることができる。さらに、本発明の第４の表示装置においては、光源部が、第１の色光と第２の色光とを空間的に離れた位置に射出可能、第３の色光と第４の色光とを空間的に離れた位置に射出可能としたことで、これら各色光を隣接する２つのサブ画素にそれぞれ入射させることができる。そのため、本発明の第４の表示装置では、本発明の第３の表示装置で用いた空間的色光分離手段が不要となり、更なる装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００２２】
また、前記４種類の色光が青色光、第１の緑色光、第２の緑色光、赤色光である場合、前記第１の緑色光と前記第２の緑色光とが、前記空間光変調素子の隣接配置された２つのサブ画素にそれぞれ入射されることが望ましい。
本発明の第３，第４の表示装置においても、本発明の第１，第２の表示装置について説明したのと同様、異なる２つのサブ画素に第１の緑色光、第２の緑色光を割り当てることによって解像度向上効果を十分に得ることができる。
【００２３】
すなわち、本発明の表示装置は、照明光を１つの空間光変調素子によって変調して光学像を形成し、前記光学像を表示する表示装置であって、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光を含む照明光を射出する光源部と、複数のサブ画素を有してなり、第１のサブフレーム期間に隣接する２つのサブ画素にそれぞれ入射する第１の色光と第２の色光、および前記第１のサブフレーム期間と時間的に隣接する第２のサブフレーム期間に前記２つのサブ画素にそれぞれ入射する第３の色光と第４の色光を独立して変調可能な空間光変調素子と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、空間光変調素子が１つで済むことで装置の小型化と低コスト化を実現することができる。
【００２４】
本発明のプロジェクタは、上記本発明の表示装置と、前記表示装置によって得られた光学像を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、カラー表示に４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、空間光変調素子が１つで済むことでプロジェクタの小型化と低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態では、白色光源と回転カラーフィルターとを用いた液晶プロジェクタの一構成例について説明する。また、４種類の色光として、青色光、第１の緑色光（青味がかった緑色）、第２の緑色光（黄色味がかった緑色）、赤色光を用いることとする。以下の説明では、これらの色光を便宜的にＢ光、Ｇ１光、Ｇ２光、Ｒ光と表すことにする。
【００２６】
図１は本実施形態のプロジェクタの概略構成図、図２は同プロジェクタで用いる回転カラーフィルターの分光特性を示す図、図３は同プロジェクタで用いるダイクロイックミラーの分光特性を示す図、図４は同プロジェクタで用いる液晶パネルの画素構成を示す図、図５は同液晶ライトバルブの断面図、である。なお、以下の各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素毎に寸法や位置関係の縮尺を変えて示すこともある。
【００２７】
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、光源２、回転カラーフィルター３（時間的色光分離手段）、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５、空間的色光分離光学系６（空間的色光分離手段）、液晶ライトバルブ７（空間光変調素子）、投写レンズ８（投写手段）から概略構成されている。光源２は、例えば高圧水銀ランプ等の白色光を発光するランプ９を備え、可視域の中で波長域の異なる４種類の色光（Ｂ光、Ｇ１光、Ｇ２光、Ｒ光）を含む照明光を射出する。ランプ９から射出された照明光は、リフレクター１０で集光され、後述する回転カラーフィルター３に入射する。なお、光源２には、高圧水銀ランプの他、メタルハライドランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプや、白色発光が可能なＬＥＤ光源、ＥＬ（Electro-Luminescence）光源などを用いることもできる。
【００２８】
回転カラーフィルター３は、図２に示すように、分光特性が異なる半円状の２つのフィルター領域３ａ，３ｂを有する円盤状の板体であり、回転軸１１を中心に回転可能とされている。本実施形態の場合、第１のフィルター領域３ａがＢ光、Ｇ２光を透過させ、Ｇ１光、Ｒ光を反射あるいは吸収し、第２のフィルター領域３ｂがＧ１光、Ｒ光を透過させ、Ｂ光、Ｇ２光を反射あるいは吸収することで、回転カラーフィルター３は所望のスペクトルを有する光を射出する。ここでは、Ｂ光として概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域に存在する光、Ｇ１光として概ね４９５ｎｍ〜５２５ｎｍの波長域に存在する光、Ｇ２光として概ね５２５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域に存在する光、Ｒ光として概ね５８５ｎｍ〜７８０ｎｍの波長域に存在する光を想定しているが、これに限定されるものではない。ただし、緑色光に対する人間の視感度が高く、緑色光が画像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、解像度感を向上させるという観点では、緑色光を２つの波長域に分離してそれぞれを独立に変調することが望ましい。
【００２９】
以上の構成により、回転カラーフィルター３に入射した光のうち、第１のフィルター領域３ａを通過した光はＢ光とＧ２光の合成光（以下、第１の合成光と称する）として射出され、第２のフィルター領域３ｂを通過した光はＧ１光とＲ光の合成光（以下、第２の合成光と称する）として射出される。また、回転カラーフィルター３の回転速度が適切に制御されることにより、これらの合成光は、後述する液晶ライトバルブ７における表示タイミングと対応して切り替えられる。すなわち、回転カラーフィルター３が１／６０秒（１フレーム時間）に１回転することにより、回転カラーフィルター３から１／１２０秒（１サブフレーム時間）毎に第１の合成光と第２の合成光が交互に射出される。例えば、第１サブフレーム期間では第１の合成光が射出され、第２サブフレーム期間では第２の合成光が射出される。
【００３０】
回転カラーフィルター３から射出された光は、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５を構成する第１リレーレンズ５ａ、第２リレーレンズ５ｂを経て空間的色光分離光学系６に入射する。ロッドインテグレータ４は回転カラーフィルター３から射出された光の強度分布を均一化させ、第１，第２リレーレンズ５ａ，５ｂはロッドインテグレータ４の射出端における光強度分布を有する光束を後述する液晶ライトバルブ７上に伝達する。なお、空間的色光分離光学系６の射出側に配置された第３リレーレンズ５ｃは空間的色光分離光学系６の入射側に配置しても良い。その場合、空間的色光分離光学系６における色光の分離性能を向上させ易い、という効果が得られる。空間的色光分離光学系６に入射する光の平行性が高いほど、空間的色光分離光学系６の分光性能を向上させ易いからである。
【００３１】
空間的色光分離光学系６は、１つのダイクロイックミラー１３と１つの反射ミラー１４とから構成された反射素子を有しており、この反射素子に入射した第１，第２の合成光の各々をさらに２種類の色光に空間的に分離して射出する機能を有している。ダイクロイックミラー１３と反射ミラー１４とは、互いに非平行な状態となるように扇状に配置されている。より具体的には、ＸＹ平面上で入射光束の中心軸に対して４５度の角度をなすような仮想軸ＡＸ（２点鎖線で示す）を想定し、この仮想軸ＡＸを対称軸としてダイクロイックミラー１３と反射ミラー１４とが互いに非平行な状態（交角をなす状態）に配置されている。本実施形態では液晶ライトバルブ７に近い側（＋Ｘ、＋Ｙ側）の端部では２枚のミラー１３，１４の間隔が狭く、液晶ライトバルブ７から遠い側（−Ｘ、−Ｙ側）の端部では２枚のミラー１３，１４の間隔が拡がっている。ダイクロイックミラー１３は後述するように特定波長域の光を反射させ、他の波長域の光を透過させて両者を空間的に分離する。ダイクロイックミラー１３を透過した光は反射ミラー１４で反射し、ダイクロイックミラー１３を反射した光と類似の方向に進むが、上述の構成により、ダイクロイックミラー１３からの反射光と反射ミラー１４からの反射光は互いに射出方向がわずかに異なる状態となる。なお、反射ミラー１４は特定波長域の光を反射するダイクロイックミラーであっても良い。
【００３２】
ダイクロイックミラー１３は、図３に示すように、Ｂ光、Ｇ１光を透過させ、Ｇ２光、Ｒ光を反射させる分光特性を有している。そのため、例えば第１サブフレーム期間において空間的色光分離光学系６に入射した第１の合成光のうち、Ｂ光はダイクロイックミラー１３を透過して反射ミラー１４で反射する一方、Ｇ２光はダイクロイックミラー１３で反射する。したがって、第１の合成光は、射出方向が互いに異なるＢ光とＧ２光とに分離されて射出される。同様に、第２サブフレーム期間において、Ｇ１光はダイクロイックミラー１３を透過して反射ミラー１４で反射する一方、Ｒ光はダイクロイックミラー１３で反射するため、第２の合成光も、射出方向が互いに異なるＧ１光とＲ光とに分離されて射出される。したがって、分離された２種類の色光は、互いにわずかに異なる角度で液晶ライトバルブ７の表示面に入射する。なお、ダイクロイックミラー１３と反射ミラー１４との交角（両者の非平行な配置関係）は、後述する液晶ライトバルブ７において１つのマイクロレンズに対応する２つのサブ画素がなす配置関係に応じて設定される。
【００３３】
本実施形態の液晶ライトバルブ７は、互いにわずかに異なる角度で入射した２種類の色光を外部からの画像情報に基づいてそれぞれ独立に変調して光学像を形成し、入射側とは反対側から変調光束を射出する透過型の液晶パネルを有した２色変調液晶ライトバルブである。また、液晶ライトバルブ７は、透過型の液晶パネル１５と、その光入射側、光射出側にそれぞれ配置された偏光板１６，１７とから構成されている。透過型の液晶パネルは、後述する隣接配置された一対のサブ画素に対して１個のマイクロレンズを備え、対応する一対のサブ画素に互いにわずかに異なる角度で入射する２種類の色光を独立に、かつ、１／１２０秒のサブフレーム時間毎に変調が可能である。
【００３４】
具体的には、図５に示すように、ガラス等からなる一対の透明基板１９，２０の間にツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶２１が封入され、対向基板２０上に共通電極２２、不要光を遮光するためのブラックマトリクス２３等が形成される一方、ＴＦＴ基板１９上には一対のサブ画素電極２４ａ，２４ｂ、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ２５（ＴＦＴ）等が形成されている。ＴＦＴ２５を介してサブ画素電極２４ａ，２４ｂに電圧が印加されると、サブ画素電極２４ａ，２４ｂと共通電極２２との間に挟持された液晶２１に電界が発生し、液晶２１が駆動される。なお、液晶２１は、１／１２０秒のサブフレーム時間毎に変調可能なものであれば、ＴＮ型液晶に限らず、水平配向型や垂直配向型、強誘電型や反強誘電型液晶等を用いることもできる。
【００３５】
さらに、対向基板２０の入射側には、複数のマイクロレンズ２６をマトリクス状に配置してなるマイクロレンズアレイ２７が設けられている。各マイクロレンズ２６は、エッチング等によりガラス板の表面がレンズ形状に加工されて作製されたものであり、マイクロレンズアレイ２７が形成されたガラス板とは異なる屈折率を有する樹脂層２８（接着剤）を介して対向基板２０に接着されている。マイクロレンズアレイ２７は、空間的色光分離光学系６で射出方向が分離された２種類の色光（例えばＢ光（破線）、Ｇ２光（実線））をそれぞれ集光するとともに、空間的に分離した状態で配置された一対のサブ画素２９ａ，２９ｂにそれぞれ入射させる。すなわち、Ｙ方向に並ぶ一対のサブ画素２９ａ，２９ｂに対して１個のマイクロレンズ２６が対応するように、マイクロレンズアレイ２７が構成されている。そのため、一対のサブ画素２９ａ，２９ｂが並ぶ方向は、空間的色光分離光学系６で色光の射出方向が分離される方向に設定されている。ここで、マイクロレンズ２６のＹ方向の寸法は、一対のサブ画素２９ａ，２９ｂのＹ方向の寸法の和に略等しく、マイクロレンズ２６のＺ方向の寸法は、サブ画素２９ａ，２９ｂのＺ方向の寸法に略等しくなるように設定されている。また、対向基板２０の光入射側およびＴＦＴ基板１９の光射出側には、それぞれ偏光板１６，１７が配置されている。
【００３６】
液晶ライトバルブ７に入射した４種類の色光は、空間的にも時間的にも各々独立して変調され、外部からの画像情報に基づいて光学像を形成する。すなわち、図４（ａ）に示すように、第１サブフレーム期間においては、空間的色光分離光学系６によって第１の合成光から分離されたＢ光とＧ２光とが液晶ライトバルブ７に同時に入射し、一対のサブ画素のうちの第１のサブ画素２９ａ（図４における左側のサブ画素）にＢ光が、第２のサブ画素２９ｂ（図４における右側のサブ画素）にＧ２光が各々分かれて入射して変調され、Ｂ光とＧ２光とからなる第１の画像を形成する。同様に、第２サブフレーム期間においては、図４（ｂ）に示すように、第１のサブ画素２９ａにＧ１光が、第２のサブ画素２９ｂにＲ光が各々入射して変調され、Ｇ１光とＲ光とからなる第２の画像を形成する。そして、第１の画像と第２の画像とが１／１２０秒の１サブフレーム時間毎に交互に形成（表示）される。
【００３７】
ここでは、第１サブフレーム期間で第１のサブ画素２９ａにＢ光、第２のサブ画素２９ｂにＧ２光が入射し、第２サブフレーム期間で第１のサブ画素２９ａにＧ１光、第２のサブ画素２９ｂにＲ光が入射する例を挙げたが、サブフレームとサブ画素との間での色光の組み合わせはこれ以外にも複数あり、回転カラーフィルター３やダイクロイックミラー１３等の分光特性を変えることによって、それらの組み合わせは自在に設定することができる。しかしながら、人間の視感度特性を考慮すると、解像度に対しては緑色光が支配的であるため、同一のサブ画素にＧ１光、Ｇ２光を割り当てた場合には解像度向上効果は生じにくく、本例のように異なるサブ画素にＧ１光、Ｇ２光を割り当てることによって解像度向上効果を十分に得ることができる。
【００３８】
さらに、光源２に高圧水銀ランプを用いた場合、高圧水銀ランプは色光の中で緑色光の光量が最も多い傾向にある。そのため、同一のサブフレーム期間にＧ１光とＧ２光を割り当て、別のサブフレーム期間にＢ光とＲ光を割り当てると、サブフレーム間で光量変動が大きくなり、フリッカー（明るさのちらつき）が発生する恐れがあるため、好ましくない。したがって、フリッカー防止のためには、Ｇ１光とＧ２光とを別々のサブフレーム期間に割り当てることが好ましい。このように、解像度向上とフリッカー防止の観点から、本実施形態では図４に示した組み合わせが最適である。
【００３９】
そして、液晶ライトバルブ７で形成された光学像は、投写レンズ８によって不図示のスクリーン上に１／１２０秒毎に交互に投写表示される。１／１２０秒毎に交互に投写された画像は、人間の視覚特性を考慮すると、１／１２０秒の時間単位で分離して視認されることはなく、各画像が積分して視認されるため、４種類の色光によって形成されたカラー画像として認識されることになる。
【００４０】
本実施形態のプロジェクタ１においては、カラー表示にＢ光、Ｇ１光、Ｇ２光、Ｒ光の４原色光を用いることで表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、４原色光を用いながらも液晶ライトバルブが１つで済むため、装置の小型化と低コスト化を実現することができる。
【００４１】
また、本実施形態の場合、ダイクロイックミラー１３の分光特性として、Ｇ２光とＲ光を反射させるように設定した。光源２に高圧水銀ランプを用いた場合、高圧水銀ランプは、一般に他の色光に比べてＲ光の強度が最も小さい傾向にある。一方、ダイクロイックミラーは一般に透過光よりも反射光の方が光損失が少ないという特性を有しているため、Ｒ光をダイクロイックミラー１３で反射させる構成としたことによって、もともと強度が小さいＲ光の損失が少なくなり、他の色光との間で光強度のバランスを取りやすく、結果的に明るい画像を得ることができる。
【００４２】
一方、光源２にキセノンランプやハロゲンランプを用いたとすると、これらのランプは一般にＢ（青）光やＧ１（青緑）光の強度が不足しがちな傾向にある。したがって、この場合にはダイクロイックミラー１３の分光特性を、図６に示すように、Ｂ光、Ｇ１光を反射させ、Ｇ２光、Ｒ光を透過させるように設定すると良い。またこの場合、各色光のサブ画素への割り当ては、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１サブフレーム期間で第１のサブ画素２９ａにＧ２光、第２のサブ画素２９ｂにＢ光が入射し、第２サブフレーム期間で第１のサブ画素２９ａにＲ光、第２のサブ画素２９ｂにＧ１が入射するようにすると良い。このようにすると、上述したように、異なるサブ画素にＧ１光、Ｇ２光が割り当てられるので、解像度向上効果が十分に得られるのと同時に、比較的光強度が大きいＧ２光とＲ光とが別のサブフレーム期間に割り当てられるので、フリッカーを抑制して画質劣化を防止することができる。
【００４３】
なお、１つの液晶ライトバルブで４原色光による表示を実現するのであれば、本実施形態のような空間的色光分離光学系６を用いず、単に１フレーム期間を４分割して（例えば４つのカラーフィルター領域を有する回転カラーフィルターを用いて）、各色光を独立に変調すればよいという考え方もある。ところが、時分割で変調する色光の数を増やすに従ってサブフレーム時間が短くなる（この例ではサブフレーム時間が１／２４０秒となる）が、液晶ライトバルブの応答速度に限界があるため、この方法ではサブフレーム時間あたりの階調数を十分に確保することができず、滑らかな階調表現が実現できない、本来存在しないはずの偽輪郭が生じ易くなる、投写画像の明るさが低下する等の画質劣化が生じる、等の課題がある。これに対して、本実施形態の構成であれば、サブフレーム時間を液晶が十分に応答可能な１／１２０秒（約８．３ミリ秒）としたことで、階調性を伴った光変調を十分に行えるため、明るさの低下を招くことなく滑らかな階調性を実現することができる。
【００４４】
［第２の実施の形態］
以下、本発明の第２の実施の形態を図８、図９を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタの基本構成は第１実施形態のプロジェクタと同様であり、時間的色光分離手段として、回転カラーフィルターに代えて、偏光状態切替光学系を備えた点が異なっている。
図８は本実施形態のプロジェクタの概略構成図、図９は同プロジェクタで用いる偏光状態切替光学系の構成および作用を示す図、である。なお、図８、図９において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態のプロジェクタ３１の場合、図８に示すように、光源２から射出された４種類の色光を含む照明光は、リフレクター１０で集光され、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５、空間的色光分離光学系６を経て偏光状態切替光学系３２（時間的色光分離手段）に入射する構成となっている。空間的色光分離光学系６を構成するダイクロイックミラー１３の分光特性は第１実施形態と同様である（図３に示した通り）。ところが、本実施形態では、第１実施形態で用いた回転カラーフィルター３を備えていないため、照明光が空間的色光分離光学系６に入射する時点では４種類の色光が混在したままであり、空間的色光分離光学系６での色光分離の様子が第１実施形態と異なっている。すなわち、空間的色光分離光学系６に入射した光源２からの光は、ダイクロイックミラー１３を透過して反射ミラー１４で反射するＢ光とＧ１光の合成光（以下、第１の合成光と称する）と、ダイクロイックミラー１３で反射するＧ２光とＲ光の合成光（以下、第２の合成光と称する）とに分離され、射出方向が互いに異なる第１の合成光、第２の合成光として偏光状態切替光学系３２に入射する。
【００４６】
偏光状態切替光学系３２は、図８、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光板３３と、波長選択位相差素子３４とから構成されている。波長選択位相差素子３４は、入射光の偏光状態を任意のタイミングで波長選択的に変換（例えば特定の波長域の光においてＰ偏光をＳ偏光に、もしくはＳ偏光をＰ偏光に変換）可能な機能を有している（例えば、カラーリンク社から「カラースイッチ」の商品名で市販されている）。特に本実施形態の場合、波長選択位相差素子３４には、入射光の偏光状態を１／１２０秒毎に変換可能なものが用いられる。また、波長選択位相差素子３４には特定の偏光を入射させる必要があるため、波長選択位相差素子３４の入射側には偏光板３３が配置されている。この偏光板３３はＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収または反射する光学特性を有している。なお、偏光板３３に代えて、あるいは偏光板３３に加えて非偏光を特定の直線偏光に変換する偏光変換素子が配置されていても良い。なお、図９（ａ）、（ｂ）において、各色光を示すＢ，Ｇ１，Ｇ２，Ｒ等の符号の後のカッコ内の添字は、ｎが非偏光、ｓがＳ偏光、ｐがＰ偏光をそれぞれ示している。
【００４７】
波長選択位相差素子３４からは、第１の合成光のうちの一方の色光と第２の合成光のうちの一方の色光の偏光状態が１／１２０秒毎に変換されて射出される。例えば、各色光が偏光板３３によってランダム偏光からＳ偏光に変換された後、第１サブフレーム期間においては、図９（ａ）に示すように、第１の合成光のうちのＧ１光と第２の合成光のうちのＲ光がＳ偏光からＰ偏光に変換される（Ｂ光とＧ２光はＳ偏光のまま変化しない）。そして、第２サブフレーム期間においては、図９（ｂ）に示すように、第１の合成光のうちのＢ光と第２の合成光のうちのＧ２光がＳ偏光からＰ偏光に変換される（Ｇ１光とＲ光はＳ偏光のまま変化しない）。
【００４８】
このように、波長選択位相差素子３４によって偏光状態が変換された色光を含む第１，第２の合成光は、液晶ライトバルブ７の入射側の偏光板１６に入射し、偏光板１６の偏光軸との関係により偏光板１６を透過する色光と偏光板で吸収（遮光）される色光とに分離される。ここでは、偏光板１６は、例えばＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収するように光学特性が設定されている。これにより、第１サブフレーム期間には、図９（ａ）に示すように、第１の合成光のうちのＢ光と第２の合成光のうちのＧ２光は偏光板１６を透過して液晶パネル１５に入射するが、第１の合成光のうちのＧ１光と第２の合成光のうちのＲ光は偏光板１６で遮光され、液晶パネル１５には入射しない。逆に、第２サブフレーム期間には、図９（ｂ）に示すように、第１の合成光のうちのＧ１光と第２の合成光のうちのＲ光は偏光板１６を透過して液晶パネル１５に入射するが、第１の合成光のうちのＢ光と第２の合成光のうちのＧ２光は偏光板１６で遮光され、液晶パネル１５には入射しない。このように、波長選択位相差素子３４を用いて色光毎の偏光状態を１／１２０秒毎に切り替えることによって、液晶ライトバルブ７に入射する色光をサブフレーム期間毎に順次切り替えることができる。
なお、液晶ライトバルブ７に入射した各色光の振る舞いや、サブフレーム期間・サブ画素における色光の組み合わせ配置等については、第１実施形態と同様である。
【００４９】
本実施形態のプロジェクタ３１においても、表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態と同様の色光の組み合わせ配置を採用したことで、解像度の向上やフリッカーの抑制が図れる効果も同様である。なお、画像表示に際して照明光として偏光を必要とする液晶パネルを空間光変調素子として使用する場合には、本実施形態のように偏光状態によって液晶パネルに入射する色光を切り替える形態を採用すれば、光利用効率を高め易く投写画像の明るさを向上させ易い。
【００５０】
［第３の実施の形態］
以下、本発明の第３の実施の形態を図１０、図１１を参照して説明する。
第１，第２実施形態では、光源に高圧水銀ランプ等の可視全域にわたって発光スペクトルを有する光源、いわゆる白色光源を用いたのに対し、本実施形態のプロジェクタでは、白色光源に代えて、ＬＥＤ光源等からなる、いわゆる単色光源を用いた点が異なっている。
図１０は本実施形態のプロジェクタの概略構成図、図１１は同プロジェクタで用いるダイクロイックミラーの分光特性を示す図、である。なお、図１０において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施形態のプロジェクタ４１は、図１０に示すように、光源部４２、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５、空間的色光分離光学系６、液晶ライトバルブ７、投写レンズ８から概略構成されている。光源部４２は、波長域が各々異なる単色光を発光可能な４つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒと、各ＬＥＤ光源からの色光を合成する３つのダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂ，４４ｃとを有している。４つのＬＥＤ光源は、Ｂ光を発光するＢ−ＬＥＤ光源４３Ｂ（第１の光源）、Ｇ１光を発光するＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１（第３の光源）、Ｇ２光を発光するＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２（第２の光源）、Ｒ光を発光するＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒ（第４の光源）である。各色光の波長域は第１実施形態と共通とする。なお、光源としては、単色光を発光可能な光源であれば、ＬＥＤ光源の他、レーザ光源、ＥＬ光源等を用いることも可能である。
【００５２】
さらに、Ｂ−ＬＥＤ光源４３ＢとＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１からそれぞれ発光されるＢ光とＧ１光との光路が交わる位置に第１のダイクロイックミラー４４ａが配置され、Ｇ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２とＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒからそれぞれ発光されるＧ２光とＲ光との光路が交わる位置に第２のダイクロイックミラー４４ｂが配置され、Ｂ−ＬＥＤ光源４３ＢとＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒからそれぞれ発光されるＢ光とＲ光との光路が交わる位置に第３のダイクロイックミラー４４ｃが配置されている。
【００５３】
各ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂ，４４ｃの分光特性は図１１に示す通りであり、第１のダイクロイックミラー４４ａは、図１１（ａ）に示すように、Ｂ光を透過させ、少なくともＧ１光を反射させる分光特性を有している。第２のダイクロイックミラー４４ｂは、図１１（ｂ）に示すように、Ｒ光を透過させ、少なくともＧ２光を反射させる分光特性を有している。第３のダイクロイックミラー４４ｃは、図１１（ｃ）に示すように、Ｂ光、Ｇ１光を透過させ、Ｇ２光、Ｒ光を反射させる分光特性を有している。このような分光特性を有する第１〜第３のダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂ，４４ｃによって、４つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒから射出された各色光は、一つの光路となるように合成される。
【００５４】
カラー画像を表示する場合、一般的に青色光、緑色光、赤色光の光量比は概ね１：６：３に設定されるように、他の色光に比べて緑色光の光量は多く必要である。そのため、発光波長域が異なる複数の光源を用いた場合には、光源間での発光効率が略同等であれば、緑色光を発する光源（本実施形態ではＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１、Ｇ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２）の光量を多く設定する必要がある。したがって、本実施形態ではＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１あるいはＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２からの色光を各ダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂ，４４ｃで反射する形態で他の色光と合成している。これにより、Ｇ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１あるいはＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２からの色光のダイクロイックミラーにおける反射効率を高められるため、他の色光との間で光強度のバランスを取りやすく、結果的に明るい画像が得られる。なお、光源間での発光効率の差が大きい場合には、ダイクロイックミラーで反射する色光は緑色光に限定されず、ダイクロイックミラーにおける光損失を考慮して、光損失を最小限に留めつつ他の色光との間で光強度のバランスを取りやすいように、各ダイクロイックミラーに対する単色光源からの色光の配置形態を設定することが望ましい。
【００５５】
ここで、４つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒの全てが同時に発光するのではなく、発光するＬＥＤ光源が（１サブフレーム時間に対応する）１／１２０秒毎に切り替わるとともに、発光するＬＥＤ光源の組み合わせも変化する。すなわち、各ＬＥＤ光源は、時間的に連続して発光するのではなく、長くとも１／１２０秒間発光した後、少なくとも１／１２０秒間発光しないという具合に間欠的に点灯する。例えば、第１サブフレーム期間では、Ｂ−ＬＥＤ光源４３ＢとＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２が同時に発光してＢ光とＧ２光とを含む合成光が生成され、第２サブフレーム期間では、Ｇ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１とＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒが同時に発光してＧ１光とＲ光とを含む合成光が生成される。そして、上記の各合成光は、ロッドインテグレータ４、リレーレンズ系５を経て、空間的色光分離光学系６に入射する。また、空間的色光分離光学系６を構成するダイクロイックミラー１３の分光特性は第１実施形態と同様である（図３に示した通り）。
【００５６】
そして、空間的色光分離光学系６に入射した各合成光は、射出方向が互いに異なるＢ光とＧ２光に、また、Ｇ１光とＲ光に各々分離されて射出され、液晶ライトバルブ７に入射する。以下、液晶ライトバルブ７に入射した後の各色光の振る舞いや、サブフレーム期間・サブ画素における色光の組み合わせ配置については、第１実施形態と同様である。
【００５７】
本実施形態のプロジェクタ４１においても、表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１、第２実施形態と同様の色光の組み合わせ配置を採用したことで、解像度の向上やフリッカーの抑制が図れる点も同様である。
【００５８】
さらに本実施形態特有の作用、効果として、４つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒを２つずつ交互に発光させるだけで２種類の合成光をサブフレーム期間毎に交互に生成できる点が挙げられる。そのため、第１，第２実施形態で用いた回転カラーフィルターや波長選択位相差素子等の時間的色光分離光学系が不要となり、更なる装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、発光波長が各々異なる４つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒを用いているため、サブフレーム期間毎の色光の組み合わせを自在に設定することができる。これにより、途中に介在する空間的色光分離光学系６のダイクロイックミラー１３を作製が比較的容易な分光特性に設定できるため、空間的色光分離光学系６の高性能化や低コスト化を実現し易いという効果が得られる。また、発光波長に応じた複数のＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒを用いていることから、それらの光源を常時発光させる必要がなく、間欠的に発光させれば良いため、発光輝度を高め易く、明るい投写表示を実現することができる。
【００５９】
［第４の実施の形態］
以下、本発明の第４の実施の形態を図１２を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタは、ＬＥＤ光源等からなる単色光源を用いた点は第３実施形態と同様であるが、空間的色光分離光学系を用いない構成にした点が第３実施形態と異なっている。
図１２は本実施形態のプロジェクタの概略構成図である。なお、図１２において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その構成要素の詳細な説明は省略する。
【００６０】
本実施形態のプロジェクタ５１は、図１２に示すように、ＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒとダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂとロッドインテグレータ４とを含む２組の光源部４２Ａ，４２Ｂ、リレーレンズ系５、液晶ライトバルブ７、投写レンズ８から概略構成されている。各光源部４２Ａ，４２Ｂは、波長域が各々異なる単色光を発光可能な２つのＬＥＤ光源４３Ｂ，４３Ｇ１（４３Ｇ２，４３Ｒ）と、２つのＬＥＤ光源からの色光を合成する１つのダイクロイックミラー４４ａ（４４ｂ）と、１つのロッドインテグレータ４とを有している。各光源部の２つのＬＥＤ光源は異なるサブフレーム期間に発光するＬＥＤ光源であって、第１の光源部４２ＡはＢ−ＬＥＤ光源４３Ｂ（第１の光源）とＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１（第３の光源）を含み、第２の光源部４２ＢはＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２（第２の光源）とＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒ（第４の光源）を含んでいる。各色光の波長域や、ＬＥＤ光源以外にレーザ光源、ＥＬ光源等を用いることができる点は第３実施形態と同様である。また、２つのダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂの分光特性は第３実施形態と同様である（図１１に示した通り）。
【００６１】
さらに、第１の光源部４２Ａにおいて、Ｂ−ＬＥＤ光源４３ＢとＧ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１からそれぞれ発光されるＢ光とＧ１光との光路が交わる位置に第１のダイクロイックミラー４４ａが配置されている。同様に、第２の光源部４２Ｂにおいて、Ｇ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２とＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒからそれぞれ発光されるＧ２光とＲ光との光路が交わる位置に第２のダイクロイックミラー４４ｂが配置されている。これらダイクロイックミラー４４ａ，４４ｂにより、Ｂ光とＧ１光の光路が一つの光路となるように、また、Ｇ２光とＲ光の光路が一つの光路となるように合成される。
【００６２】
ここで、発光するＬＥＤ光源が１／１２０秒毎に切り替わり、例えば、第１サブフレーム期間では、Ｂ−ＬＥＤ光源４３ＢとＧ２−ＬＥＤ光源４３Ｇ２が同時に発光し、第２サブフレーム期間では、Ｇ１−ＬＥＤ光源４３Ｇ１とＲ−ＬＥＤ光源４３Ｒが同時に発光する。そして、これら色光はそれぞれロッドインテグレータ４に入射する。ここで、各ロッドインテグレータ４毎に設定された２つの合成光の光路が互いに非平行な状態となるように、第１，第２の光源部４２Ａ，４２Ｂが扇状に配置されている。本実施形態では、リレーレンズ５ｂに近い側（＋Ｙ側）で２本の光路の間隔が狭く、リレーレンズ５ｂから遠い側（−Ｙ側）では２本の光路の間隔が拡がっている。したがって、同時に射出された２種類の色光は、互いにわずかに異なる角度で液晶ライトバルブ７の隣接する２つのサブ画素に入射する。なお、各光源部４２Ａ，４２Ｂの２本の光路の交角（両者の非平行な配置関係）は、液晶ライトバルブ７において１つのマイクロレンズに対応する２つのサブ画素がなる配置関係に応じて設定される。液晶ライトバルブ７に入射した各色光の振る舞いや、サブフレーム期間・サブ画素における色光の組み合わせ配置については、第１実施形態と同様である。
【００６３】
本実施形態のプロジェクタ５１においても、表示可能な色域の拡大を実現できるとともに、装置の小型化と低コスト化を実現できる、といった上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施形態の場合、２組の光源部４２Ａ，４２Ｂを互いに非平行な状態に配置しただけで各光源部４２Ａ，４２Ｂからの光を液晶ライトバルブ７の２つのサブ画素に入射させることができるため、第３実施形態で用いた空間的色光分離光学系が不要となり、更なる装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、上記の実施形態と同様の色光の組み合わせ配置を採用したことで、解像度の向上やフリッカーの抑制が図れる点も同様である。
【００６４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、光源と空間的色光分離手段との間に、光源から射出される非偏光な光を液晶ライトバルブの入射側偏光板に合わせた偏光に変換する偏光変換素子を備えても良い。これにより、光の利用効率を高めることができる。さらに、空間的色光分離光学系のダイクロイックミラーでは、一般にＰ偏光よりもＳ偏光の方が反射率が高いため、非偏光な光をＳ偏光に変換する偏光変換素子を備えることによって、光利用効率をより向上させることができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、４種類の色光をＢ光、Ｇ１光、Ｇ２光、Ｒ光と想定したが、必ずしもこれら４色に限るものではなく、アプリケーションによって様々な組み合わせが考えられる。表示可能な色域の拡大という観点では上記実施形態で例示したＢ光、Ｇ１光、Ｇ２光、Ｒ光の組み合わせが好ましいが、例えば肌色の表現力を向上させ易いとの観点ではＢ光、Ｇ光、Ｏｒ（橙色）光、Ｒ光の組み合わせが、また、医用画像の表現力を向上させ易いとの観点ではＢ光、Ｇ光、Ｒ１光（短波長よりの赤色光）、Ｒ２光（長波長よりの赤色光）の組み合わせが好ましいという具合である。
【００６６】
また、上記実施形態で例示した各種の構成の詳細部分は上記の例に限るものではなく、適宜変更が可能である。例えば、光源の射出側に配置する光強度均一化手段としてロッドインテグレータに代えて、レンズアレイ方式のインテグレータを用いても良い。そして、空間光変調素子としては透過型の液晶ライトバルブのみならず、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等に代表される反射型の液晶ライトバルブを本発明に適用することも可能である。さらに、プロジェクタのみならず、バックライトを光源部とした直視型の液晶ディスプレイに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【図２】同、プロジェクタの回転カラーフィルターの分光特性を示す図である。
【図３】同、プロジェクタのダイクロイックミラーの分光特性を示す図である。
【図４】同、プロジェクタの液晶パネルの画素構成を示す図である。
【図５】同、液晶ライトバルブの断面図である。
【図６】同、ダイクロイックミラーの分光特性の他の例を示す図である。
【図７】同、液晶パネルの画素構成の他の例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【図９】同、プロジェクタの偏光状態切替光学系の構成と作用を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【図１１】同、プロジェクタのダイクロイックミラーの分光特性を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態のプロジェクタの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，３１，４１，５１…プロジェクタ、２…光源、３…回転カラーフィルター（時間的色光分離手段）、６…空間的色光分離光学系（空間的色光分離手段）、７…液晶ライトバルブ（空間光変調素子）、８…投写レンズ（投写手段）、１３，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ…ダイクロイックミラー、１４…反射ミラー、２９ａ，２９ｂ…サブ画素、３２…偏光状態切替光学系（時間的色光分離手段）、３３…偏光板、３４…波長選択位相差素子、４２，４２Ａ，４２Ｂ…光源部、４３Ｂ，４３Ｇ１，４３Ｇ２，４３Ｒ…ＬＥＤ光源。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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