(57)【要約】【課題】高い光利用効率で良好な動画応答性が得られ、かつフリッカを低減させることが可能な照明装置、及びその照明装置を用いるプロジェクタを提供すること。【解決手段】コヒーレント光を供給する光源部１１Ｒと、光源部１１Ｒからのコヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部１３Ｒと、を有し、位相変調部１３Ｒは、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながらコヒーレント光の位相を変化させることにより、被照射面のうち少なくとも一部の領域において光を走査させる。【選択図】図２
2008089686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を供給する光源部と、
前記光源部からの前記コヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部と、を有し、
前記位相変調部は、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながら前記コヒーレント光の位相を変化させることにより、前記被照射面のうち少なくとも一部の領域において光を走査させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記位相変調部は、液晶素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記液晶素子は、電界制御複屈折モードの液晶素子であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光源部は、前記位相変調部の駆動に対応して前記コヒーレント光を供給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照明装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置と、
被照射面へ入射した前記照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
前記照明装置は、光源部からのコヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部を有し、
前記位相変調部は、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながら前記コヒーレント光の位相を変化させることにより、前記被照射面のうち前記画像信号に基づいて決定された領域において光を走査させることを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記照明装置は、前記被照射面にて設定された単位領域ごとに光を入射させ、
前記単位領域が、前記被照射面より小さく、かつ前記空間光変調装置における画素の領域より大きいことを特徴とする請求項５又は６に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記位相変調部は、前記画像信号とは異なる他の信号に基づいて生成された制御信号に応じて前記コヒーレント光の位相を変化させることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記位相変調部は、前記空間光変調装置への映像データの書き込みに同期させて光を走査させることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項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、照明装置及びプロジェクタ、特に、プロジェクタに用いられる照明装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタの空間光変調装置として用いられる液晶表示装置やＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）は、画像信号の１フレーム期間において画像の輝度が略一定に保たれる特性を有する。このようないわゆるホールド型の空間光変調装置を用いる場合、動画を表示する際に生じる動きぼけにより動画応答性が低下することがある。良好な動画応答性を得るには、１フレーム期間に対して十分短い期間において表示光を生じさせるいわゆるインパルス表示を適用することができる。ホールド型の空間光変調装置の場合、インパルス表示は、空間光変調装置の制御、又は照明光を間欠的に供給する間欠照明により行うことができる。このうち間欠照明によるインパルス表示は、光利用効率を低下させず、かつ空間光変調装置のダイナミックレンジを狭めないという点で優れている。従来、空間光変調装置の間欠照明によりインパルス表示を行う技術は、例えば、特許文献１及び特許文献２に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７５６０４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１にて提案されている技術は、照明領域ごとに設けられた複数のバックライトの点灯及び消灯を制御するものである。かかる技術は、照明光の制御によって動画応答性を向上できる利点がある。複数のバックライトを用いる場合、バックライトごとの光量のばらつき及び経時変化に対する調整を行うことが困難である。また、光源と空間光変調装置とを含めた光学系において、光束が存在する空間的な広がりは、発光面積と放射角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  Ｅｘｔｅｎｔ）により表される。エテンデューが制約されるため、複数の光源を並列させることにより発光面積が大きくなるほど、光源からの光を効率良く利用することが困難になる。特許文献２にて提案されている技術は、空間光変調装置の被照射面において照明光を走査させるものである。インパルス表示は、動画応答性を向上できる一方、画面のちらつきであるフリッカが発生し易くなる。フリッカは、特に静止画を表示する場合に認識され易くなる。特許文献２にて提案されている技術の場合、画像に応じて走査の有無を選択できないため、フリッカを低減することが難しくなる。このように、高い光利用効率で良好な動画応答性が得られるものの、フリッカを低減させることが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、高い光利用効率で良好な動画応答性が得られ、かつフリッカを低減させることが可能な照明装置、及びその照明装置を用いる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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、コヒーレント光を供給する光源部と、光源部からのコヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部と、を有し、位相変調部は、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながらコヒーレント光の位相を変化させることにより、被照射面のうち少なくとも一部の領域において光を走査させることを特徴とする照明装置を提供することができる。
【０００６】
照明装置は、光を走査させる領域を、例えば画像信号に基づいて決定する。位相変調部は、光を振り分けるとともにコヒーレント光の位相を変化させることにより、光を走査させる。光を走査させる領域についてはインパルス表示を可能とし、良好な動画応答性を得ることができる。光を走査させる領域以外の領域については、定常的に光を照射させることでホールド表示を可能とし、フリッカを低減することができる。光を走査させる領域は位相変調パターンを変化させることで適宜設定できるため、画面中の任意の領域ごとにインパルス表示とホールド表示を切り替えることが可能となる。コヒーレント光を位相変調部へ入射させるため、位相変調部において良好な回折特性を得ることができる。位相変調部を用いて光を振り分けることで、光源部からの光を無駄にすること無く光を走査させることが可能となる。これにより、高い光利用効率で良好な動画応答性を得られ、かつフリッカを低減させることが可能な照明装置を得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様としては、位相変調部は、液晶素子を備えることが望ましい。液晶素子を用いることで、電圧印加の制御によって容易にコヒーレント光の位相変調パターンを変化させることができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様としては、液晶素子は、電界制御複屈折モードの液晶素子であることが望ましい。これにより、位相変調部の高速応答を可能とし、かつ低い駆動電圧で十分な位相変調を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、光源部は、位相変調部の駆動に対応してコヒーレント光を供給することが望ましい。光源部の駆動を位相変調部の駆動に連動させることにより、位相変調信号に応じて液晶素子が安定したタイミングでコヒーレント光を供給することが可能となる。これにより、光を正確に振り分けることで照明ムラを低減することができる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、上記の照明装置と、被照射面へ入射した照明装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の照明装置を用いることにより、高い光利用効率で良好な動画応答性、及びフリッカの低減を実現することができる。これにより、高い光利用効率で良好な動画応答性、及びフリッカの低減が可能なプロジェクタを得られる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置は、光源部からのコヒーレント光の位相を変調して被照射面へ入射させる位相変調部を有し、位相変調部は、位相変調パターンに応じた回折光を生じさせながらコヒーレント光の位相を変化させることにより、被照射面のうち画像信号に基づいて決定された領域において光を走査させることが望ましい。画像信号を解析することにより、動画像を表示させる領域について光を走査させ、かつ静止画像を表示させる領域について定常的に光を照射させることが可能となる。これにより、動画像を表示させる領域についてはインパルス表示を行い、かつ静止画像を表示させる領域についてはホールド表示を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、照明装置は、被照射面にて設定された単位領域ごとに光を入射させ、単位領域が、被照射面より小さく、かつ空間光変調装置における画素の領域より大きいことが望ましい。被照射面より小さい複数の単位領域を設定することにより、光を走査させることが可能となる。また、光の走査は、画素より広い領域を単位として行うこととすれば十分である。画素の領域より大きい単位領域を設定することにより、位相変調部の構成及び駆動を簡易にできる。これにより、構成及び駆動が簡易な位相変調部を用いて光を走査させることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、位相変調部は、画像信号とは異なる他の信号に基づいて生成された制御信号に応じてコヒーレント光の位相を変化させることが望ましい。例えば、コンピュータ上で実行されているソフトウェアに連動してコンピュータから出力される信号に基づいて、光を走査させる領域を決定することができる。これにより、画像信号解析のための構成を簡易にし、かつ光を走査させる領域の決定を高精度に行うことができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、位相変調部は、空間光変調装置への映像データの書き込みに同期させて光を走査させることが望ましい。映像データの書き込みに同期させて光を走査させる場合、映像データに応じた状態に変調素子が安定したタイミングで光を供給することが可能となる。これにより、画像信号に応じた光を効率良く投写させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、スクリーン１８に光を供給し、スクリーン１８で反射する光を観察することで画像を鑑賞するフロント投写型のプロジェクタである。プロジェクタ１００は、赤色（Ｒ）光を供給するＲ光用照明装置１０Ｒ、緑色（Ｇ）光を供給するＧ光用照明装置１０Ｇ、及び青色（Ｂ）光を供給するＢ光用照明装置１０Ｂを有する。プロジェクタ１００は、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂからの光を画像信号に応じて変調することにより画像を表示する。
【００１７】
図２は、Ｒ光用照明装置１０Ｒ、Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒ、及びクロスダイクロイックプリズム１６を示す。Ｒ光用照明装置１０Ｒは、Ｒ光用光源部１１Ｒを有する。Ｒ光用光源部１１Ｒは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部である。Ｒ光用光源部１１Ｒは、Ｒ光を供給する５つのレーザ光源１２Ｒを有する。５つのレーザ光源１２Ｒは、一列に並列させて配置されている。レーザ光源１２Ｒから供給されるレーザ光は、特定の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光である。レーザ光源１２Ｒとしては、例えば、半導体レーザを用いることができる。５つのレーザ光源１２Ｒは、いずれも略平行なレーザ光を供給する。
【００１８】
レーザ光源１２Ｒからのレーザ光は、位相変調部１３Ｒへ入射する。位相変調部１３Ｒは、液晶素子２０を備える液晶パネルである。位相変調部１３Ｒは、Ｒ光用光源部１１Ｒにより供給されるレーザ光に対応して、液晶素子２０を配置させている。位相変調部１３Ｒは、各レーザ光源１２Ｒからのレーザ光の位相を変調してＲ光用空間光変調装置１５Ｒの被照射面へ入射させる。
【００１９】
位相変調部１３Ｒは、液晶素子２０により形成された位相変調パターンに応じた回折光を生じさせる。コヒーレント光を位相変調部１３Ｒへ入射させるため、位相変調部１３Ｒにおいて良好な回折特性を得ることができる。位相変調部１３Ｒからの回折光は、フィールドレンズ１４Ｒへ入射する。フィールドレンズ１４Ｒは、位相変調部１３Ｒからの光を平行化させ、Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒへ入射させる。フィールドレンズ１４Ｒは、位相変調部１３Ｒから見て斜め前方であって、位相変調部１３Ｒからのゼロ次光が入射する位置以外の位置に設けられている。
【００２０】
Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒに設けられた不図示の液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入する。液晶パネルに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。Ｒ光用空間光変調装置１５Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。
【００２１】
図１に戻って、Ｇ光用照明装置１０Ｇ及びＢ光用照明装置１０Ｂは、いずれもＲ光用照明装置１０Ｒと同様の構成を有する。Ｇ光用照明装置１０Ｇは、Ｇ光用光源部１１Ｇを有する。Ｇ光用光源部１１Ｇは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部である。Ｇ光用光源部１１Ｇは、Ｇ光を供給する５つのレーザ光源１２Ｇを有する。レーザ光源１２Ｇからのレーザ光は、位相変調部１３Ｇ、フィールドレンズ１４Ｇを経た後、Ｇ光用空間光変調装置１５Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置１５Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１５Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。Ｇ光用空間光変調装置１５Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。
【００２２】
Ｂ光用照明装置１０Ｂは、Ｂ光用光源部１１Ｂを有する。Ｂ光用光源部１１Ｂは、コヒーレント光であるレーザ光を供給する光源部である。Ｂ光用光源部１１Ｂは、Ｂ光を供給する５つのレーザ光源１２Ｂを有する。レーザ光源１２Ｂからのレーザ光は、位相変調部１３Ｂ、フィールドレンズ１４Ｂを経た後、Ｂ光用空間光変調装置１５Ｂへ入射する。Ｂ光用空間光変調装置１５Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１５Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射する。Ｂ光用空間光変調装置１５Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイックプリズム１６へ入射する。
【００２３】
クロスダイクロイックプリズム１６は、互いに略直交するように配置された２つのダイクロイック膜１６ａ、１６ｂを有する。第１ダイクロイック膜１６ａは、Ｒ光を反射し、Ｇ光及びＢ光を透過させる。第２ダイクロイック膜１６ｂは、Ｂ光を反射し、Ｒ光及びＧ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム１６は、それぞれ異なる側から入射したＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成し、投写レンズ１７の方向へ出射させる。投写レンズ１７は、クロスダイクロイックプリズム１６で合成された光をスクリーン１８へ投写させる。
【００２４】
なお、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、ゼロ次光が入射する位置以外の位置に設けられたフィールドレンズ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへ光を入射させる構成に限られない。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、回折光をフィールドレンズ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへ入射させることが可能であれば良く、ゼロ次光が入射する位置に設けられたフィールドレンズ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへ光を入射させることとしても良い。プロジェクタ１００は、空間光変調装置として透過型液晶表示装置を用いる構成に限られない。空間光変調装置としては、反射型液晶表示装置やＤＭＤを用いても良い。
【００２５】
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、レーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを備える光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを用いることで、色分離のための構成や特定の振動方向の偏光光を供給するための偏光分離素子を省略することが可能となる。レーザ光は、単一波長であるため、色純度が高い、コヒーレンスが高いという特徴を持つ。また、紫外光を含まないため、液晶素子の劣化を低減できるという利点もある。さらに、レーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを小型にできることでプロジェクタ１００を小型にできる、レーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの瞬時点灯が可能であるという利点もある。
【００２６】
各光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、５つのレーザ光源を備える構成に限られず、１つ又は複数のレーザ光源を備える構成であれば良い。光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、複数のレーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを一方向に並列させる構成に限らず、アレイ状に配列させても良い。複数のレーザ光源１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂによりレーザ光を供給することで、各光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを高出力にすることができる。また、光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにより複数のレーザ光を供給することで、スペックルノイズを低減できるという利点もある。各光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、複数のレーザ光源を備える構成に代えて、複数の発光部を有するレーザ光源を備える構成としても良い。
【００２７】
各光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、半導体レーザからのレーザ光の波長を変換する波長変換素子、例えば、第二高調波発生（Second-Harmonic  Generation；ＳＨＧ）素子を用いる構成としても良い。レーザ光源としては、半導体レーザに代えて、半導体レーザ励起固体（Diode  Pumped  Solid  State；ＤＰＳＳ）レーザや、固体レーザ、液体レーザ、ガスレーザ等を用いても良い。
【００２８】
図３は、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに設けられる液晶素子２０の断面構成を示す。液晶素子２０は、第１透明基板２１及び第２透明基板２４により液晶層３２を封止して構成されている。第１透明基板２１と液晶層３２との間には、第１透明電極２２が形成されている。第１透明電極２２は、例えば金属酸化物であるＩＴＯやＩＺＯにより構成することができる。第１透明電極２２と液晶層３２との間のうち一部領域に、遮光層２３が設けられている。この他、ラビング処理が施された不図示の配向膜が形成されている。
【００２９】
第２透明基板２４上の一部領域には、半導体層２５、半導体層２５の上に形成されたゲート絶縁膜２６、ゲート絶縁膜２６の上に形成されたゲート電極２７が設けられている。かかる部分は、半導体層２５の一部をソース及びドレインとする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する。第２透明基板２４及びＴＦＴの上には、酸化シリコン等からなる絶縁膜２８が形成されている。ＴＦＴの上には、絶縁膜２８を介して信号線２９が設けられている。信号線２９は、ＴＦＴのソースに接続されている。また、不図示の走査線は、ＴＦＴのゲートであるゲート電極２７に接続されている。
【００３０】
絶縁膜２８、信号線２９、及び走査線の上には、ＰＳＧ（Phosphosillicate  glass）膜３０が形成されている。ＰＳＧ膜３０のうちＴＦＴに対応する部分以外の部分の上には、第２透明電極３１が設けられる。第２透明電極３１は、第１透明電極２２と同様、ＩＴＯやＩＺＯにより構成することができる。ＴＦＴ及び第２透明電極３１は、画素ごとに形成される。この他、第２透明基板２４側にも、配向膜が形成される。第２透明基板２４側の配向膜のラビング方向は、第１透明基板２１側の配向膜のラビング方向に対して平行かつ逆向きとされる。これにより、液晶素子２０は、全体として均一な配向状態を得ることができる。
【００３１】
液晶素子２０は、第１透明基板２１、液晶層３２及び第２透明電極３１を順次透過した光を第２透明基板２４から出射させる。液晶素子２０は、第１透明基板２１へ入射するレーザ光の偏光方向が、第１透明基板２１側における液晶分子の配向方向に一致するように配置されている。これにより、光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからのレーザ光を効率良く液晶素子２０へ入射させることができる。
【００３２】
位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、例えば、空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと同様に、アクティブマトリクス方式により駆動される。液晶素子２０としては、電界制御複屈折モードの液晶、例えば強誘電性液晶を用いることができる。低分子で比較的高い複屈折率を備える強誘電性液晶を用いることにより、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの高速応答を可能とし、かつ低い駆動電圧で十分な位相変調を行うことができる。なお、液晶素子２０は、電界制御複屈折モードの液晶であれば強誘電性液晶以外の他の液晶、例えば、ネマティック液晶やツイステッド・ネマティック液晶等を用いても良い。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、画素間隔が狭ピッチな液晶素子２０を用いることで、大きな回折角を得ることができる。良好な回折特性を得るために、液晶素子２０の画素ピッチは１０μｍ以下とすることが好ましい。
【００３３】
図４は、単位領域４１について説明するものである。単位領域４１は、空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの被照射面４０にて設定される。各位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、それぞれ液晶素子２０にて回折光を生じさせることにより、レーザ光を分岐させる。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、液晶素子２０を用いてレーザ光を振り分けることにより、単位領域４１ごとに光を入射させる。
【００３４】
位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂから所定距離ｚ離れた被照射面４０に形成される位相変調パターンΦと、被照射面４０における回折光の光波Ｔとの間には、以下の式が成立する。
Ｔ（ｘ，ｙ，ｚ）＝ａ（ｘ，ｙ，ｚ）・ｅｘｐ[−ｉΦ（ｘ，ｙ，ｚ）]
【００３５】
ここで、（ｘ、ｙ）は、光軸と直交する面内の座標、ａ（ｘ，ｙ，ｚ）は、光波の振幅を示す。光波の強度は、振幅ａ（ｘ，ｙ，ｚ）の２乗で与えられる。目標となる強度分布を得るために最適化された位相変調パターンは、例えば反復フーリエ変換等、所定の演算手法（シミュレーション手法）を用いて得ることができる。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂでレーザ光の位相を変調することで、光の振り分け方を絶えず変化させることができる。なお、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが位相を変化させない状態であるとき、被照射面４０に対して略均一に光を入射させる。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、被照射面４０へ略均一に光を入射させる状態を基準として位相を変化させる。
【００３６】
図５は、被照射面４０へ入射させる光について説明するものである。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、コヒーレント光の位相を変化させることにより、被照射面４０のうち一部の領域である第１領域４２において光を走査させる。第１領域４２は、例えば、被照射面４０の中央付近に位置する。第１領域４２の位置及び範囲は、画像信号に基づいて決定することができる。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、被照射面４０のうち第１領域４２以外の領域である第２領域４３については、定常的に光を入射させる。第１領域４２及び第２領域４３は、単位領域４１（図４参照）を単位として設定される。
【００３７】
図６は、第１領域４２における光の走査について説明するものである。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、第１領域４２内の照明領域４４へ光を入射させ、第１領域４２のうち照明領域４４以外の領域への光の入射を停止させるように、光を振り分ける。照明領域４４は、水平方向に長手方向を有する帯状の領域であって、単位領域４１（図４参照）を単位として設定される。垂直方向における照明領域４４の幅は、画素の幅より広いものとする。
【００３８】
位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、第１領域４２内において照明領域４４を下向きに移動させるようにコヒーレント光の位相を変化させる。第１領域４２の最下部に照明領域４４が到達すると、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、瞬時に第１領域４２の最上部へ照明領域４４を移動させ、再び照明領域４４を下向きに移動させる。第１領域４２内で照明領域４４以外の領域から照明領域４４へ光を振り分け、かつ光を走査させることにより、高い光利用効率を得るとともに、第１領域４２と第２領域４３とでの光量ムラを低減することができる。
【００３９】
第１領域４２内のある画素に着目すると、光の走査により、光が間欠的に供給される間欠照明がなされる。よって、第１領域４２を経た光が投写される部分については、インパルス表示を行うことで、良好な動画応答性を得ることができる。第２領域４３（図５参照）を経た光が投写される部分についてはホールド表示を行うことで、フリッカを低減することができる。第１領域４２の位置及び範囲は位相変調パターンを変化させることで適宜設定できるため、画面中の任意の領域ごとにインパルス表示とホールド表示を切り替えることが可能となる。
【００４０】
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを用いて光を振り分けることで、光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからの光を無駄にすること無く光を走査させることが可能となる。これにより、高い光利用効率で良好な動画応答性を得られ、かつフリッカを低減させることができるという効果を奏する。
【００４１】
単位領域４１（図４参照）は、被照射面４０より小さく、かつ空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂにおける画素の領域より大きければ良い。被照射面４０より小さい複数の単位領域４１を設定することにより、光を走査させることが可能となる。また、光の走査は、画素より広い領域を単位として行うこととすれば十分である。画素の領域より大きい単位領域４１を設定することにより、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの構成及び駆動を簡易にできる。これにより、構成及び駆動が簡易な位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを用いて光を走査させることができる。
【００４２】
図７は、プロジェクタ１００を駆動するためのブロック構成を示す。図中破線で囲んだ部分は、プロジェクタ１００のうち照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを駆動するための部分である。ＡＤコンバータ５０は、外部機器等によりアナログ信号として入力された画像信号をディジタル信号へ変換する。ディジタル信号処理回路である画像信号処理部５１は、ディジタル信号に変換された画像信号から、画像信号に応じて表示される画像のうち動画像の位置及び範囲を決定する。動画像の位置及び範囲は、隣接するフレーム間における映像データの変動に基づいて決定される。
【００４３】
図８は、動画像を表示するタイミングを示す制御信号について説明するものである。動画像の位置及び範囲を表す座標データは、動画像を表示するタイミングを示す制御信号として表される。動画像を表示するタイミングは、垂直同期信号ＶＳｙｎｃにより定義されるフレーム期間と関連付けて示される。図７に戻って、動画像の位置及び範囲を表す制御信号は、画像信号処理部５１から位相変調信号生成部５４へ入力される。
【００４４】
位相変調信号生成部５４は、反復フーリエ変換等の演算手法を用いて、位相変調パターンを決定する。位相変調信号生成部５４として、高速な演算処理が可能な構成、例えばＧＰＵ（Graphics  Processing  Unit）やＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）を用いることで、画像信号処理部５１による出力に応じたリアルタイムな演算処理を可能とすることができる。これにより、予め格納が必要となるデータを少なくでき、メモリ容量を削減することができる。この他、位相変調信号生成部５４は、予めＬＵＴ（look  up  table）に格納されたデータを参照し、演算結果を出力する構成としても良い。この場合、位相変調信号生成部５４における演算処理を簡素化できる。また、高速な演算処理を不要とすることで、位相変調信号生成部５４の回路構成を簡素化できる。
【００４５】
位相変調駆動部５５は、位相変調信号生成部５４からの位相変調信号に応じて、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを駆動する。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、画像信号に基づいて生成された位相変調信号に応じて制御される。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、位相変調信号に応じて位相変調パターンを変化させることにより、第１領域４２（図５参照）において光を走査させ、かつ第２領域４３において定常的に光を入射させる。なお、第１領域４２の位置及び範囲は、被照射面４０内にて適宜決定することができる。また、画像信号に対応して、被照射面４０の全体を第１領域４２とする期間や、被照射面４０の全体を第２領域４３とする期間を存在させても良い。
【００４６】
パルス幅変調（Pulse  Width  Modulation、ＰＷＭ）信号生成部５６は、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの駆動に対応してコヒーレント光を供給させるＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、位相変調信号生成部５４からの位相変調信号に応じてパルス幅が変調される。光源駆動部５７は、ＰＷＭ信号生成部５６からのＰＷＭ信号に応じて、光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを駆動する。光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、ＰＷＭ信号に応じて変調されたコヒーレント光を供給する。
【００４７】
光源部１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの駆動を位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの駆動に連動させることにより、位相変調信号に応じて液晶素子２０（図３参照）が安定したタイミングでコヒーレント光を供給することが可能となる。これにより、光を正確に振り分けることで照明ムラを低減することができる。ＤＡコンバータ５２は、画像信号処理部５１からの画像信号をアナログ信号に変換する。空間光変調駆動部５３は、アナログ信号に変換された画像信号に応じて、空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂを駆動する。空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、画像信号に応じて照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂからの光を変調する。
【００４８】
図９は、第１領域４２内のある単位領域４１（図４参照）へ光を入射させるタイミングについて説明するものである。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、単位領域４１への映像データの書き込みに遅れて照明光を供給するような位相変調パターンＰｈ＿ｍを生成する。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、空間光変調装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂへの映像データの書き込みに同期させて光を走査させる。この場合、映像データの書き込みから、光を入射させるまでの時間を十分に確保することができ、映像データに応じた状態で液晶素子２０が安定したタイミングにおいて光を供給することが可能となる。これにより、画像信号に応じた光を効率良く投写させることができる。なお、位相変調パターンＰｈ＿ｍによりフレーム期間中にＯＮ、ＯＦＦを切り替え可能な回数は４回と設定される場合に限られず、４回以上に設定しても良い。
【００４９】
上述のように、第１領域４２（図５参照）内で光を振り分け、かつ光を走査させることにより、第１領域４２と第２領域４３とでの光量ムラを低減可能である。但し、第１領域４２と第２領域４３とでは、液晶の応答特性等に起因する光量ムラを生じる場合がある。このため、プロジェクタ１００は、インパルス表示を行う部分とホールド表示を行う部分とについて、画像信号処理部５１によりガンマ特性を補正する構成とすることが望ましい。これにより、さらに光量ムラが低減された高品質な画像を表示することができる。
【００５０】
照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、画像信号に応じてコヒーレント光の位相を変化させる場合に限られない。図１０に示すように、照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、画像信号の他、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）６０からの制御信号にも応じてコヒーレント光の位相を変化させることとしても良い。例えば、ＰＣ６０は、画面の一部である動画表示領域にて動画を表示するソフトウェアを実行する。ＰＣ６０は、動画表示領域の位置及び範囲に関する制御信号を出力する。
【００５１】
位相変調信号生成部５４は、画像信号処理部５１からの制御信号の他、ＰＣ６０からの制御信号に応じて位相変調信号を生成する。位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、画像信号処理部５１からの制御信号、及びＰＣ６０からの制御信号に応じてコヒーレント光の位相を変化させる。また、画像信号処理部５１は、ＰＣ６０及び位相変調信号生成部５４を経た制御信号に応じて画像を変換させる。これにより、プロジェクタ１００は、ＰＣ６０で実行されているソフトウェアに連動して画像を表示する。
【００５２】
このように、画像信号の他、ＰＣ６０からの制御信号にも応じてコヒーレント光の位相を変化させることで、画像信号解析のための構成を簡易にし、かつ光を走査させる領域の決定を高精度に行うことができる。なお、位相変調部１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂは、ＰＣ６０からの制御信号に応じてコヒーレント光の位相を変化させる場合に限られない。画像信号とは異なる他の信号に基づいて生成された制御信号に応じてコヒーレント光の位相を変化させるものであれば良い。
【００５３】
なお、プロジェクタ１００は、フロント投写型のプロジェクタに限られない。スクリーンの一方の面に光を供給し、スクリーンの他方の面から出射される光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタであっても良い。また、本発明は、液晶表示装置を用いる直視型のディスプレイに適用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る照明装置は、画像信号に応じた光を投写するプロジェクタに用いる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】照明装置、空間光変調装置、及びクロスダイクロイックプリズムを示す図。
【図３】液晶素子の断面構成を示す図。
【図４】単位領域について説明する図。
【図５】被照射面へ入射させる光について説明する図。
【図６】第１領域における光の走査について説明する図。
【図７】プロジェクタを駆動するためのブロック構成を示す図。
【図８】動画像を表示するタイミングを示す制御信号について説明する図。
【図９】ある単位領域へ光を入射させるタイミングについて説明する図。
【図１０】ＰＣからの制御信号を入力させる場合について説明する図。
【符号の説明】
【００５６】
１００  プロジェクタ、１０Ｒ  Ｒ光用照明装置、１０Ｇ  Ｇ光用照明装置、１０Ｂ  Ｂ光用照明装置、１１Ｒ  Ｒ光用光源部、１１Ｇ  Ｇ光用光源部、１１Ｂ  Ｂ光用光源部、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ  レーザ光源、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ  位相変調部、１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ  フィールドレンズ、１５Ｒ  Ｒ光用空間光変調装置、１５Ｇ  Ｇ光用空間光変調装置、１５Ｂ  Ｂ光用空間光変調装置、１６  クロスダイクロイックプリズム、１６ａ  第１ダイクロイック膜、１６ｂ  第２ダイクロイック膜、１７  投写レンズ、１８  スクリーン、２０  液晶素子、２１  第１透明基板、２２  第１透明電極、２３  遮光層、２４  第２透明基板、２５  半導体層、２６  ゲート絶縁膜、２７  ゲート電極、２８  絶縁膜、２９  信号線、３０  ＰＳＧ膜、３１  第２透明電極、３２  液晶層、４０  被照射面、４１  単位領域、４２  第１領域、４３  第２領域、４４  照明領域、５０  ＡＤコンバータ、５１  画像信号処理部、５２  ＤＡコンバータ、５３  空間光変調駆動部、５４  位相変調信号生成部、５５  位相変調駆動部、５６  ＰＷＭ信号生成部、５７  光源駆動部、６０  ＰＣ
【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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