(57)【要約】【課題】４種類の色光を用いて投写画像を形成することで、投写画像の色表現域を拡大し、かつ、光利用効率に優れた小型のプロジェクタを提供すること。【解決手段】光源１０、色分離光学系２０、光変調光学系３０、色合成光学系５０を備えたプロジェクタにおいて、色分離光学系２０は射出方向が異なる４種類の色光を生成し、光変調光学系３０は、色分離光学系で分離された４種類の色光のうち、いずれか２種類の色光を変調する第１の２色変調電気光学装置３１と、他の２種類の色光を変調する第２の２色変調電気光学装置３２を備えており、いずれの２色変調電気光学装置も色分離光学系側の基板にマイクロレンズアレイを有し、個々のマイクロレンズに対応した複数のサブ画素を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を含む光を放射する光源と、該光源から射出された光束を４種類の色光に分離する色分離光学系と、該色分離光学系で分離された４種類の色光のうち、いずれか２種類の色光を変調する第１の２色変調電気光学装置と、他の２種類の色光を変調する第２の２色変調電気光学装置とを備えた光変調光学系と、前記光変調光学系によって変調された４種類の色光を合成する色合成光学系と、を備えたプロジェクタであって、
前記第１及び第２の２色変調電気光学装置は、一対の基板と、これら一対の基板間に挟持された電気光学材料と、前記一対の基板のうち前記色分離光学系側の基板に設けられたマイクロレンズアレイと、他方の基板上に形成された複数のサブ画素電極とを備え、前記複数のサブ画素は前記マイクロレンズアレイのそれぞれのマイクロレンズに対応して配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記色分離光学系は、前記光源から射出された光束を２種類の色光に分離する第１の色分離光学素子と、該第１の色分離光学素子により分離された色光の内のいずれか一方の色光をさらに２種類の色光に分離する第２の色分離光学素子と、前記第１の色分離光学素子により分離された他方の色光をさらに２種類の色光に分離する第３の色分離光学素子とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項２において、
前記光源と前記光変調光学系との間に、前記光源から射出された非偏光な光を偏光方向が揃った光に変換するための偏光変換光学系を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
請求項３において、
前記偏光変換光学系から射出される偏光方向が揃った光は、Ｓ偏光光であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
前記第１の色分離光学素子で反射して分離される色光は、前記光源から射出される色光の内で、最も光強度が小さい色光を含むことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項３または請求項４において、
特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が前記偏光変換光学系の射出側に配置され、前記第１の色分離光学素子を透過する色光はＰ偏光光に、前記第１の色分離光学素子を反射する他の色光はＳ偏光光に設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項３または請求項４において、
特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が前記第２の色分離光学素子の入射側および／または前記第３の色分離光学素子の入射側に配置され、前記第２の色分離光学素子および／または前記第３の色分離光学素子を透過する色光はＰ偏光光に、前記第２の色分離光学素子および／または前記第３の色分離光学素子を反射する他の色光はＳ偏光光に設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
前記色合成光学系で反射によって合成される色光を変調する２色変調電気光学装置の入射側或いは射出側の少なくとも一方の側には、特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が配置され、前記色合成光学系で反射によって合成される色光はＳ偏光光に設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
平行化レンズを前記第１及び第２の２色変調電気光学装置の各々の入射側に配置したことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
請求項３において、
平行化レンズを前記第２及び第３の色分離光学素子の入射側に配置したことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
請求項３において、
前記偏光変換光学系は、前記光源と前記第１の色分離光学素子との間に配置された光束分割素子と、前記第１の色分離光学素子と前記第２の色分離光学素子との間に配置された集光光学素子、偏光分離素子、偏光変換素子及び重畳素子と、前記第１の色分離光学素子と前記第３の色分離光学素子との間に配置された集光光学素子、偏光分離素子、偏光変換素子及び重畳素子と、を備えて構成されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれかにおいて、
前記第１及び第２の２色変調電気光学装置のうち、いずれか一方は青色光と短波長側の緑色光を変調し、他方は長波長側の緑色光と赤色光を変調することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記短波長側の緑色光と前記長波長側の緑色光の境界波長は概ね５１５ｎｍから５４０ｎｍに設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３において、
前記一方の２色変調電気光学装置において短波長側の緑色光を変調するサブ画素と、前記他方の２色変調電気光学装置において長波長側の緑色光を変調するサブ画素とが、色光合成時に重ならないように、各サブ画素へ入射する色光の位置が設定されていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広範囲の色域を表示可能なプロジェクタに関し、より詳しくは、光源光から４種類の色光を生成し、それら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。
【０００２】
【従来技術】
プロジェクタにおけるカラー画像の生成方法としては、赤光（Ｒ）、緑光（Ｇ）、青光（Ｂ）の３原色の色光を用いる方法が一般的であるが、図７に「従来」として示すように、この方法では人間が知覚できる色域を十分にカバーすることができない。実物の忠実且つ自然な色の再現を行うためには色域の拡大が必要不可欠であり、従来の赤光（Ｒ）、緑光（Ｇ）、青光（Ｂ）に加えて、５１０ナノメートル付近の色光を独立して変調可能とすれば、表現可能な色域を大幅に拡大させられる。このような背景から、３原色に他の色光を加えた４種類以上の色光を用いてカラー画像を生成するプロジェクタが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３０４７３９号公報（第８図）
【非特許文献１】
山口、「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
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような多種類の色光を用いたプロジェクタとしては、例えば、非特許文献１に紹介されている様に、幾つかの形態のものが考案されている。以下では、４つの色光を用いた場合について、代表的な形態例を紹介する。
【０００５】
（１）面分割型プロジェクタ。例えば、平行配置されたダイクロイックミラーを色光合成系として用いた３板式プロジェクタと同様に、３対のダイクロイックミラーを平行配置して色光分離及び色光合成系を構成し、それらの光学系の間に４つの電気光学装置を配置したプロジェクタ。色光毎に独立した電気光学装置を用いて投写画像を形成するため、後述する並置画素配列型及び時分割型プロジェクタと比較すると光利用効率が高く、投写画像の高輝度化を実現し易いが、多数の電気光学装置が必要であり、また、４つの色光を３枚のダイクロイックミラーで合成するため電気光学装置と投写レンズ間の距離が長くならざるを得ず、プロジェクタ装置の低コスト化と小型化が難しい。
【０００６】
（２）並置画素配列型プロジェクタ。電気光学装置の画素配列に対応させて画素毎に異なる４色のカラーフィルターを同一平面上に配置し、カラーの投写画像を形成するプロジェクタ。構成的には極めて簡素であり、１つの電気光学装置でカラーの投写画像を形成できるためプロジェクタ装置の小型化と低コスト化を図り易いが、カラーフィルターで色光を生成するため光利用効率が非常に低く投写画像の高輝度化が極めて難しい。また、色光に対応した画素を並置配列させるため投写画像の高精細化には不向きである。
【０００７】
（３）時分割型プロジェクタ。例えば、回転カラーフィルターを備えた単板式プロジェクタと同様に、４色のカラーフィルターを扇状に配列してなる円盤状のカラーフィルターを回転させて各色光の投写画像を時分割で生成し、それらを時間的に連続して表示することで、人間にはカラー画像として認識させるプロジェクタ。１つの電気光学装置でカラーの投写画像を形成でき、また、多色の投写画像を容易に生成できるためプロジェクタ装置の小型化と低コスト化を図り易いが、色光毎の表示時間が短くなるため光利用効率が非常に低く、投写画像の高輝度化が極めて難しい。また、画像を形成する電気光学装置には高速応答性が求められるため、使用可能な電気光学装置の種類が限られるという欠点もある。
【０００８】
（４）空間画素配列型プロジェクタ。４つの画素に対して１つのマイクロレンズをアレイ状に具備した電気光学装置を用い、扇状に配置された４枚のダイクロイックミラー或いはホログラム素子などの色光分離系によって光源光から射出方向の異なる複数の色光を生成し、画素毎に異なる色光を入射させて、カラーの投写画像を形成するプロジェクタ。カラーフィルターを用いずに色光を生成するため、時分割型プロジェクタや並置画素配列型プロジェクタに比べて光利用効率が比較的高く、投写画像の高輝度化を比較的実現し易い。また、１つの電気光学装置でカラーの投写画像を形成できるためプロジェクタ装置の小型化を図り易いが、並置画素配列型プロジェクタと同様に色光に対応した画素を並置配列させるため投写画像の高精細化には不向きである。さらに、色光分離系で分離された色光は、マイクロレンズでの集光（最大集光角α０）と色光分離系での方向分離（分離角β０）によって広い角度分布を有する発散光（最大発散角度はα０＋β０）となって、電気光学装置から射出される。広い角度分布を有する発散光に投写レンズを対応させるためには、レンズのＦ値が小さく、且つ、各色光の発散時の光束径を包含できる大口径の投写レンズを使用することが必要となるが、このようなレンズは非常に高価であり、かつ、大型化が避けられない。
【０００９】
以上のように、多種類の色光を用いたプロジェクタは原理的には十分実現可能であるが、投写画像の高輝度化、投写画像の高精細化、プロジェクタ装置の小型化、プロジェクタ装置の低コスト化等を同時に実現することは難しく、実用性の高いプロジェクタは実現されるに至っていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、４種類の色光を用いて投写画像を形成することによって、従来のプロジェクタに比べて表示可能な色域を拡大し、また、大口径で高価な投写レンズを必要としない、光利用効率に優れた小型のプロジェクタを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタは、可視光を含む光を放射する光源と、この光源から射出された光束を４種類の色光に分離する色分離光学系と、この色分離光学系で分離された４種類の色光のうち、いずれか２種類の色光を変調する第１の２色変調電気光学装置と、他の２種類の色光を変調する第２の２色変調電気光学装置とを備えた光変調光学系と、前記光変調光学系によって変調された４種類の色光を合成する色合成光学系と、を備えたプロジェクタであって、第１及び第２の２色変調電気光学装置は、一対の基板と、これら一対の基板間に挟持された電気光学材料と、一対の基板のうち色分離光学系側の基板に設けられたマイクロレンズアレイと、他方の基板上に形成された複数のサブ画素電極とを備え、複数のサブ画素はマイクロレンズアレイのそれぞれのマイクロレンズに対応して配置されていることを特徴とする。
【００１２】
ここで、色分離光学系としては、光源から射出された光束を２種類の色光に分離する第１の色分離光学素子と、第１の色分離光学素子により分離された色光の内のいずれか一方の色光をさらに２種類の色光に分離する第２の色分離光学素子と、第１の色分離光学素子により分離された他方の色光をさらに２種類の色光に分離する第３の色分離光学素子とを備えた光学系を採用することができる。そして、第１乃至第３の色分離光学素子及び色合成光学系としては、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができる。また、２色変調電気光学装置としては液晶を用いた液晶パネルを使用できる。
【００１３】
このような本発明によれば、光変調光学系が２種類の色光を独立して変調できる２色変調電気光学装置を２つ備えているので、４種類の色光を独立して変調でき、よって、４種類の色光を用いて色表現域の広い投写画像を形成できる。また、２種類の色光を１つの２色変調電気光学装置で変調するため、４種類の色光を独立して変調するにも拘わらず、必要となる電気光学変調装置の数は２つで良いため、プロジェクタ装置の小型化、軽量化、低コスト化を実現しやすい。本発明の２色変調電気光学装置は、２種類の色光を独立して変調するために隣接する２種類のサブ画素をマトリックス状に備え、その２種類のサブ画素に集光して光を入射させるためのマイクロレンズを入射側にアレイ状に備えた構成を有しており、いわゆる空間画素配列型と呼称される電気光学装置である。この２色変調電気光学装置に対して、色分離光学素子で予め進行方向が分離（方向分離）された２種類の色光を入射させ、サブ画素毎に独立して変調するため、色生成に際してカラーフィルターなどを用いる必要がなく、高い光利用効率を実現できる。したがって、投写画像の高輝度化と色表現域の拡大を両立できる。
【００１４】
また、本発明に係るプロジェクタには、光源と光変調光学系との間に、光源から射出された非偏光な光を偏光方向が揃った光に変換するための偏光変換光学系を備えることができる。この場合、偏光変換光学系から射出される偏光方向が揃った光は、Ｓ偏光光であることが望ましい。
【００１５】
本発明に係るプロジェクタの２色変調電気光学装置としては、画像表示に際して偏光光を必要とする液晶パネルを想定している。したがって、上記のような構成を採用することにより、光源からの光の利用効率を大幅に向上できるため、投写画像の一層の高輝度化を実現できる。また、偏光変換光学系から射出される光をＳ偏光光とすることによって、色分離光学系の色光分離面（ダイクロイック面）や色合成光学系の色光合成面（ダイクロイック面）での反射率を高められるため、光利用効率を向上させて投写画像の一層の高輝度化を実現できる。
【００１６】
同様の観点から、第１の色分離光学素子で反射して分離される色光は、光源から射出される色光の内で、最も光強度が小さい色光を含むように設定することが望ましい。色分離光学系や色合成光学系における反射面での反射率を高められるため、他の色光との間で強度のバランスを取り易くなり、光利用効率を低下させることなく色表現域を拡大でき、色バランスに優れた明るい投写画像を実現している。光源ランプに高圧水銀ランプやメタルハライドランプを用いた場合には、赤色光が不足気味であるので、第１の色分離光学素子で反射して分離される色光に赤色光を含む設定とすることが望ましい。また、別のメタルハライドランプやハロゲンランプ及びキセノンランプを用いた場合には、青色光が不足気味であるので、第１の色分離光学素子で反射して分離される色光に青色光を含む設定とすることが望ましい。
【００１７】
本発明に係るプロジェクタが偏光変換光学系を備えた場合には、特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が偏光変換光学系の射出側に配置され、第１の色分離光学素子を透過する色光はＰ偏光光に、第１の色分離光学素子を反射する他の色光はＳ偏光光に設定されることが望ましい。また、特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が第２の色分離光学素子の入射側および／または第３の色分離光学素子の入射側に配置され、第２の色分離光学素子および／または第３の色分離光学素子を透過する色光はＰ偏光光に、前記第２の色分離光学素子および／または第３の色分離光学素子を反射する他の色光はＳ偏光光に設定されることが望ましい。
【００１８】
色分離光学素子の色光分離面（ダイクロイック面）では、一般的に、Ｐ偏光の場合には透過率を高めやすく、入射する光がＳ偏光の場合には反射率を高めやすい。したがって、上記のような構成を採用することにより、各色分離光学素子を透過する色光は選択的にＰ偏光光（各色分離光学素子で反射する色光はＳ偏光光のままで不変）となるため、色分離光学素子における色光の分離精度と効率を向上でき、色表現域の拡大と明るさの向上を両立できる。
【００１９】
本発明に係るプロジェクタの２色変調電気光学装置としては、画像表示に際して偏光光を必要とする液晶パネルを想定している。したがって、色合成光学系で反射によって合成される色光を変調する２色変調電気光学装置の入射側或いは射出側の少なくとも一方の側には、特定波長域の光の偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子が配置され、色合成光学系で反射によって合成される色光はＳ偏光光に設定されることが望ましい。
【００２０】
２色変調電気光学装置（液晶パネル）から射出される光は偏光光であるため、色合成光学系の色光合成面（ダイクロイック面）での光合成効率（透過率と反射率）を考慮すると、反射によって合成される色光をＳ偏光光、透過によって合成される色光をＰ偏光光とすれば、高い効率で色光の合成を行えるため、投写画像の高画質化と高輝度化を実現できる。偏光回転素子の配置場所は、２つの２色変調電気光学装置のうちのどちらであっても良いし、１つの２色変調電気光学装置の入射側であっても射出側であっても良い。配置場所は色合成光学系の色光合成面（ダイクロイック面）の配置形態に関係するため、要するに、色合成光学系の色光合成面（ダイクロイック面）で反射によって合成される色光がＳ偏光光となるように偏光回転素子を配置すればよい。但し、プロジェクタが偏光変換光学系を備えず、かつ、２色変調電気光学装置の入射側に偏光回転素子を配置する場合には、その偏光回転素子は入射側偏光板の射出側に配置する必要がある。
【００２１】
本発明に係るプロジェクタでは、平行化レンズを第１及び第２の２色変調電気光学装置の各々の入射側に配置する構成を採用することができる。また、この平行化レンズを第２及び第３の色分離光学素子の入射側に配置しても良い。前者の場合には、平行化レンズの配置によって、２色変調電気光学装置に入射する光束の角度分布を狭くできるため、投写画像の高画質化と高輝度化に有効であり、後者の場合には、第２及び第３の色分離光学素子に入射する光束の角度分布を狭くできるため、第２及び第３の色分離光学素子では精度の高い色分離を行え、投写画像の色ムラの抑制、高画質化、高輝度化に有効である。
【００２２】
また、本発明に係るプロジェクタが偏光変換光学系を備えた場合には、光源と第１の色分離光学素子との間に配置された光束分割素子と、この第１の色分離光学素子と第２の色分離光学素子との間に配置された集光光学素子、偏光分離素子、偏光変換素子及び重畳素子と、この第１の色分離光学素子と第３の色分離光学素子との間に配置された集光光学素子、偏光分離素子、偏光変換素子及び重畳素子と、を備えた構成の偏光変換光学系を採用することができる。このような偏光変換光学系を備えたプロジェクタとすれば、プロジェクタ装置を小型化できると共に、それぞれの偏光変換光学系に入射する色光の波長域が限定されるため、特に光源から射出される色光の内で、最も光強度が小さい色光の偏光変換効率を効果的に向上でき、色表現域の拡大と明るさの向上を両立できる。
【００２３】
さらに、本発明に係るプロジェクタでは、第１及び第２の２色変調電気光学装置のうち、いずれか一方は青色光と短波長側の緑色光を変調し、他方は長波長側の緑色光と赤色光を変調するように構成することが望ましい。ここで、短波長側の緑色光と長波長側の緑色光の境界波長を概ね５１５ｎｍから５４０ｎｍに設定することができる。さらに、一方の２色変調電気光学装置において短波長側の緑色光を変調するサブ画素と、他方の２色変調電気光学装置において長波長側の緑色光を変調するサブ画素とが、色光合成時に重ならないように、各サブ画素へ入射する色光の位置を設定することが望ましい。
【００２４】
人間が知覚可能な色域に対して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、及び、緑色光に対する人間の視覚感度が高いことを考慮すると、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により、人間が知覚可能な色域に迫る広い色表現域（色域）と視聴時における高い解像度感を実現できる。さらに、メタルハライドランプの中には４９０ｎｍから５６０ｎｍ付近に強い２本の輝線スペクトルを有するものがあり、このようなランプを光源として用いた場合には、２本の輝線スペクトルの間に短波長側の緑色光と長波長側の緑色光の境界波長を設定することにより、青味がかった緑色光と黄色みがかった緑色光とを独立に変調できるため、表現可能な色域を一層効果的に拡大することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
１．第１実施形態
本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図１に示す。このプロジェクタ１は、可視光を含む光を射出する光源１０、光源からの光を波長域が異なる４種類の色光に分離する色分離光学系２０、外部からの画像情報に基づいて光変調し色光毎に光学像を形成する光変調光学系３０、形成された光学像を合成して一つのカラー画像を形成する色合成光学系５０、形成されたカラー画像を投写面（不図示）上に投写表示する投写光学系６０を備えて大略構成されている。なお、図１では図示を略したが、光源１０と光変調光学系３０との間には、光変調光学系３０に入射させる照明光束の強度分布を均一にするための均一照明光学系や、光源からの光を偏光方向が揃った偏光光束に変換するための偏光変換光学系などを配置することができる。均一照明光学系は、光源１０から射出された光束を複数の部分光束に分割し、後述する２色変調液晶パネル３１、３２の画像形成領域を均一な明るさで照明するものであり、レンズアレイやロッドレンズ等を含んで構成することができる。偏光変換光学系は、光源１０から射出された非偏光な光束を偏光方向が直交する２種類の偏光光束に分離し、一方の偏光光束の偏光方向を回転して他方の偏光光束の偏光方向と揃えて射出するものであり、偏光分離膜、反射膜、および位相差板等を含んで構成することができる。
【００２７】
光源１０は、放射状に光線を射出する光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射された光線を一方向に向けて射出するリフレクタ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、キセノンランプなどを、また、リフレクタ１２としては、放物面リフレクタ、楕円面リフレクタ、球面リフレクタなどを使用できる。
【００２８】
色分離光学系２０は、第１の色分離光学素子であるダイクロイックミラー２１、第２の色分離光学素子であるダイクロイックミラー２２Ｇ１、反射ミラー２２Ｂ、第３の色分離光学素子であるダイクロイックミラー２３Ｒ、反射ミラー２３Ｇ２を備えている。３種類のダイクロイックミラー２１、２２Ｇ１、２３Ｒ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であり、ガラス等の透明基板上に誘電体多層膜を形成することにより実現される。ダイクロイックミラー２１、２２Ｇ１、２３Ｒの分光特性の一例を図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す。ここで、図２（Ａ）はダイクロイックミラー２１、図２（Ｂ）はダイクロイックミラー２２Ｇ１、図２（Ｃ）はダイクロイックミラー２３Ｒをそれぞれ示している。ここでは、図中の青色光Ｂとして概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域の光を、緑色光Ｇ１として概ね４９５ｎｍ〜５２５ｎｍの波長域の光を、緑色光Ｇ２として概ね５２５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域の光を、赤色光Ｒとして概ね５８５ｎｍ〜７８０ｎｍの波長域の光を想定しているが、これに限定されない。但し、人間が知覚可能な色域に対して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、及び、緑色光に対する人間の視覚感度は高く、緑色光は観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つの波長域に分離して、それぞれを独立に変調することが望ましい。光源ランプ１１の一例として、メタルハライドランプの発光スペクトル分布を図３に示す。この光源ランプの場合、緑色光に対応する波長域内の５０５ｎｍ付近と５４５ｎｍ付近に強い輝線スペクトルが存在するため、５０５ｎｍの輝線を含む色光を短波長側の緑色光Ｇ１（青味がかった緑色光）、５４５ｎｍの輝線を含む色光を長波長側の緑色光Ｇ２（黄色みがかった緑色光）とし、それら２種類の緑色光Ｇ１、Ｇ２を独立に変調することで、色表現域の拡大と視聴時における解像度感の向上を実現している。
【００２９】
ダイクロイックミラー２１は青色光Ｂ及び短波長側の緑色光Ｇ１を透過させて赤色光Ｒ及び長波長側の緑色光Ｇ２を反射させるミラーであり、ダイクロイックミラー２２Ｇ１は短波長側の緑色光Ｇ１を反射させて青色光Ｂを透過させるミラーであり、ダイクロイックミラー２３Ｒは赤色光Ｒを反射させて長波長側の緑色光Ｇ２を透過させるミラーであるが、これに限定されない。各ダイクロイックミラーの分光特性はその配置状態にも依存する。例えば、ダイクロイックミラー２２Ｇ１は青色光Ｂを反射させて短波長側の緑色光Ｇ１を透過させるミラーであっても良い。但し、その場合にはダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂとを、図１とは逆の方向に両者の間隔が開いていくように配置する必要がある（図１では＋Ｘ及び＋Ｚ方向ほど両者の間隔が狭くなっている）。また、反射ミラー２２Ｂと反射ミラー２３Ｇ２は、それぞれダイクロイックミラー２２Ｇ１とダイクロイックミラー２３Ｒを透過してきた色光を所定の方向に反射させる目的で配置されるため一般的な反射ミラーでも良いが、反射率を高め易いこと、特定の波長域の色光だけを選択的に反射することで照明光の色純度を高め易いこと等の理由から、ダイクロイックミラーとする方が望ましい。
【００３０】
光源１０から射出された光束は、ダイクロイックミラー２１によって青色光Ｂ及び短波長側の緑色光Ｇ１と、赤色光Ｒ及び長波長側の緑色光Ｇ２とに分離される。ダイクロイックミラー２１を透過した青色光Ｂ及び緑色光Ｇ１は、ダイクロイックミラー２２Ｇ１で青色光Ｂと緑色光Ｇ１とに分離された後、緑色光Ｇ１は後述する第１の２色変調液晶パネル３１（第１の２色変調電気光学装置）に直接入射し、青色光Ｂは反射ミラー２２Ｂを経て同じ第１の２色変調液晶パネル３１に入射する。一方、ダイクロイックミラー２１で反射した赤色光Ｒ及び長波長側の緑色光Ｇ２は、ダイクロイックミラー２３Ｒで赤色光Ｒと緑色光Ｇ２とに分離された後、赤色光Ｒは後述する第２の２色変調液晶パネル３２（第２の２色変調電気光学装置）に直接入射し、緑色光Ｇ２は反射ミラー２３Ｇ２を経て同じ第２の２色変調液晶パネル３２に入射する。なお、ダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂの前後関係は本実施形態の逆、すなわち、ダイクロイックミラー２１からの色光が最初に反射ミラー２２Ｂに入射する形態としても良い（勿論、これに対応させて反射ミラー２２Ｂをダイクロイックミラーとする必要がある）。これらの前後関係は光源からの色光の強度比を考慮して決めるべきものであり、光強度が相対的に弱い方の色光が最初に反射されるようにダイクロイックミラーを配置すれば、色光間の強度比をバランスさせられるため、表現可能な色域の拡大に有効である。そして、同様の理由からダイクロイックミラー２３Ｒと反射ミラー２３Ｇ２の前後関係についても本実施形態の逆としても良い。
【００３１】
ここで、ダイクロイックミラー２３Ｒ及びダイクロイックミラー２１で反射して分離する色光を、光源から射出される色光の内で、最も光強度が小さい色光、或いは、その色光を含む複数の色光としている。その理由は、一般的にダイクロイックミラーでは透過率に比べて反射率を高めやすいため、最も光強度が小さい色光を反射させる形態とすれば、その色光の光損失を効果的に低減でき、他の色光の光強度を低下させることなく色バランスを取ることができるためである。これにより、光利用効率の向上と色表現域の拡大とを両立でき、色バランスに優れた明るい投写画像を実現している。具体的には、赤色光の損失低減を目的として、２つのダイクロイックミラー２１、２３Ｒでは赤色光が反射されるように設定している。本実施形態では光源ランプとして赤色光の強度が相対的に小さいメタルハライドランプや高圧水銀ランプの使用を想定しているためである。同様の観点から、ダイクロイックミラー２３Ｒを反射ミラー２３Ｇ２の手前（光源に近い側）に配置している。なお、ダイクロイックミラー２２Ｇ１を反射ミラー２２Ｂの手前（光源に近い側）に配置している理由については後述する。
【００３２】
ダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂは、光源１０から射出した光束が互いに異なる角度で入射するように配置される。具体的には、ＸＺ平面上で入射光束の中心軸に対して４５°をなすような仮想の軸Ｑ１を設定し、この軸を対称軸として２つのダイクロイックミラー２２Ｇ１、２２Ｂが互いに非平行な状態で配置される（図１では＋Ｘ及び＋Ｚ方向ほど両者の間隔が狭くなっている）。従って、ダイクロイックミラー２２Ｇ１で反射された緑色光Ｇ１と反射ミラー２２Ｂで反射された青色光Ｂは、ＸＺ平面上で僅かに異なる２つの方向に分離されて射出される。同様に、ダイクロイックミラー２３Ｒと反射ミラー２３Ｇ２も、ＸＺ平面上で入射光束の中心軸に対して４５°をなすような仮想の軸Ｑ２を設定し、この軸を対称軸として互いに非平行な状態で配置される。従って、ダイクロイックミラー２３Ｒで反射された赤色光Ｒと反射ミラー２３Ｇ２で反射された緑色光Ｇ２も、ＸＺ平面上で僅かに異なる２つの方向に分離されて射出される。なお、ダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂ、及び、ダイクロイックミラー２３Ｒと反射ミラー２３Ｇ２の配置状態は上記に限定されない。図１では＋Ｘ及び＋Ｚ方向ほど両者の間隔が狭くなる配置形態としているが、逆に、＋Ｘ及び＋Ｚ方向ほど両者の間隔が広くなる配置形態としても良い。
【００３３】
次に、光変調光学系３０は色光を変調する２つの２色変調電気光学装置、すなわち、第１の２色変調液晶パネル３１（第１の２色変調電気光学装置）と第２の２色変調液晶パネル３２（第２の２色変調電気光学装置）を備えている。これら第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２は基本的に同一の液晶パネルであり、変調する色光の違いによって区別され、本実施形態では、第１の２色変調液晶パネル３１では青色光Ｂと緑色光Ｇ１を、第２の２色変調液晶パネル３２では赤色光Ｒと緑色光Ｇ２をそれぞれ変調する。
【００３４】
２色変調液晶パネル３１、３２は、入射した２種類の色光を図示されない外部からの画像情報に基づいてそれぞれ独立に光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であり、その断面構造を図４に示す。図４は第１の２色変調液晶パネル３１を例に示している。この２色変調液晶パネル３１、３２の概略構造は、後述するサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２（サブ画素とは後述するサブ画素電極によって駆動される画素を意味するため、サブ画素電極と同じ番号を付す）やそれと対応したマイクロレンズを有する点を除けば、一般的なモノクロ用液晶パネルとほぼ同じである。すなわち、ガラス等で構成された２枚の透明な基板（対向基板３１１、ＴＦＴ基板３１２）の間に電気光学材料であるツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶３１３が封入され、対向基板３１１上には共通電極３１４および不要光を遮光するためのブラックマトリクス３１５等が、また、ＴＦＴ基板３１２上には２種類のサブ画素電極３１６Ａ１、３１６Ａ２とスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３１７等が形成され、ＴＦＴ３１７を介して画素電極３１６Ａ１、３１６Ａ２に電圧が印加されると、共通電極３１４との間に挟まれた液晶３１３が駆動される。
【００３５】
さらに、対向基板３１１の入射側には複数の単位マイクロレンズ３３１Ａをマトリックス状に備えてなるマイクロレンズアレイ３３１が配置されている。単位マイクロレンズ３３１Ａは、エッチング等によりガラス板上に形成され、マイクロレンズアレイ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（接着剤）３３２を介して対向基板３１１に接着されている。マイクロレンズアレイ３３１は、ダイクロイックミラー２２Ｇ１、反射ミラー２２Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｒ、反射ミラー２３Ｇ２等で射出方向が分離された２種類の色光をそれぞれ集光し、空間的に分離した状態で対応するサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２にそれぞれ入射させる。すなわち、Ｚ方向に並ぶ一対のサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２に対して一つの単位マイクロレンズ３３１Ａが対応する様に、マイクロレンズアレイ３３１は構成されている。そのため、一対のサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２が並ぶ方向は、ダイクロイックミラー２２Ｇ１、反射ミラー２２Ｂ、ダイクロイックミラー２３Ｒ、反射ミラー２３Ｇ２等で色光の射出方向が分離される方向（図１のＸＺ平面内の方向）に設定されている。ここで、単位マイクロレンズ３３１ＡのＺ方向の幅寸法は、サブ画素３１６Ａ１のＺ方向の幅寸法とサブ画素３１６Ａ２のＺ方向の幅寸法の和に略等しく、Ｙ方向の長さ寸法はサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２（２つのサブ画素の長さ寸法は互いに等しい）のＹ方向の長さ寸法と略等しい様に設定されている。なお、白色表示時の画素形状を正方形とするために、サブ画素電極３１６Ａ１、３１６Ａ２のＺ方向の幅寸法をＹ方向の長さ寸法の略１／２に設定しているが、これに限定されない。
【００３６】
そして、ＴＦＴ基板３１２の光射出側およびマイクロレンズアレイ３３１の光入射側には、それぞれ偏光板３４２、３４１が配置されている。なお、液晶３１３はＴＮ型だけでなく、強誘電型や反強誘電型、水平配向型や垂直配向型などを種々用いることが可能である。
【００３７】
図１及び図４に示すように、ダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂで射出方向を分離された緑色光Ｇ１及び青色光Ｂは、第１の２色変調液晶パネル３１上の各単位マイクロレンズ３３１Ａに異なる角度で入射する。この各単位マイクロレンズ３３１Ａに入射した緑色光Ｇ１及び青色光Ｂは、それぞれ異なる角度で単位マイクロレンズ３３１Ａから射出され、Ｚ方向に並ぶ一対のサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２の近傍に、色光毎に分かれてそれぞれ集光する。そして、緑色光Ｇ１及び青色光Ｂは、それぞれのサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２により変調された後、第１の２色変調液晶パネル３１の光束入射端面と直交する方向（図４のＸ方向）に対して互いに略対称な角度で射出される。同様に、ダイクロイックミラー２３Ｒと反射ミラー２３Ｇ２で射出方向を分離された赤色光Ｒおよび緑色光Ｇ２も、第２の２色変調液晶パネル３２のそれぞれのサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２により変調された後、光束入射端面と直交する方向に対して互いに略対称な角度で射出される。
【００３８】
第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２におけるサブ画素の配列状態と、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２間におけるサブ画素の相対的な対応関係を図５に示す。第１の２色変調液晶パネル３１では青色光Ｂが入射する画像形成領域（サブ画素）３１６Ｂと緑色光Ｇ１が入射する画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ１とが、また、第２の２色変調液晶パネル３２では緑色光Ｇ２が入射する画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ２と赤色光Ｒが入射する画像形成領域（サブ画素）３１６Ｒとが、それぞれ市松模様状に配置されている。そして、２つの２色変調液晶パネル３１、３２間においては、画像形成領域（サブ画素）３１６Ｂと画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ２とが、また、画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ１と画像形成領域（サブ画素）３１６Ｒとが、それぞれ対応する（空間的に重なる）ように配置されている。人間の視感度は緑色光に対して高いため、画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ１と画像形成領域（サブ画素）３１６Ｇ２とが対応しない（空間的に重ならない）ように配置することで、投写画像の解像度感を高められる効果を期待できる。このような画素間の配置関係を取るために、ダイクロイックミラー２２Ｇ１と反射ミラー２２Ｂとの配置関係は設定されている。
【００３９】
色合成光学系５０は、図１に示すように、ダイクロイックプリズム５１を備え、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２から射出された変調後の４種類の色光を合成してカラー画像を形成する。ここで、ダイクロイックプリズム５１の分光特性を図６に示す。このダイクロイックプリズム５１は、略三角柱状の２つの透明媒質によってダイクロイック面が挟持された立方体形状をなし、青色光Ｂと短波長側の緑色光Ｇ１を透過させ、長波長側の緑色光Ｇ２と赤色光Ｒを反射させる誘電体多層膜５２が平面視正方形の対角線部分に形成されている。そして、色合成光学系５０で合成されたカラー画像は、投写レンズ（投写光学系）６０から射出され、不図示のスクリーン上に拡大投写される。
【００４０】
このような第１実施形態によれば、以下のような効果がある。光変調光学系３０が第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２を含んで構成されているので、４種類の色光を用いて色表現域の広い投写画像を形成できる。プロジェクタ１の色表現域を図７に示す。本発明のプロジェクタ１では、特に２種類の緑色光Ｇ１、Ｇ２を独立に変調するため、従来の３原色を用いたプロジェクタに比べて広い色表現域を実現可能であることが判る。
【００４１】
前述した４種のプロジェクタと比較した場合、カラーフィルターを用いずに色光を生成できるため、時分割型プロジェクタや並置画素配列型プロジェクタよりも高精細で明るい投写画像を形成でき、また、２色変調液晶パネルと投写レンズ間の距離を短くできるため、面分割型プロジェクタよりも装置の小型化と投写画像の高輝度化を図りやすい。さらに、投写レンズとして大口径の高価なレンズを用いる必要がないため空間画素配列型プロジェクタよりも装置の小型化と低コスト化を図りやすい。すなわち、本発明によれば、光利用効率が相対的に高く、投写画像の高輝度化、装置の小型化と低コスト化に優れたプロジェクタを実現できる効果がある。
【００４２】
特に、本発明と類似の構造を有する電気光学装置を用いた空間画素配列型プロジェクタと詳細に比較すると、電気光学装置の大きさが同じであれば、従来の４つのサブ画素に対して１つのマイクロレンズを具備した４色変調液晶パネルと比較して、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２を使用した場合には、サブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２のＺ方向（入射する色光が方向分離される方向）の寸法を２倍に大きくすることができる。そして、サブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２が大きくなれば、前段に配置される単位マイクロレンズ３３１Ａの焦点距離を相対的に長めに設定できるので、マイクロレンズによる最大集光角αを小さくでき、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２から射出される光束の最大発散角α（図４）を小さくすることができる（α＜α０）。さらに、従来の４色変調液晶パネルに対して、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２に入射する色光は２種類であるから、色分離光学系２０で方向分離され、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２に異なる方向から入射する各色光の分離角β（図４）も小さくすることができる（β＜β０）。
【００４３】
従って、従来の４色変調液晶パネルを用いた空間画素配列型プロジェクタに対して、本発明の２色変調液晶パネルを２つ用いたプロジェクタでは、光変調光学系から射出される発散光の最大発散角を小さくできる（α＋β＜α０＋β０）ので、光変調光学系（電気光学装置）を高精細化していく場合にも、Ｆナンバーの小さな大口径で高価な投写レンズを用いる必要がなく、光利用効率を低下させずに、明るく色バランスに優れたカラー画像を投写表示することができる。逆に、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２から射出される発散光の最大発散角（α＋β）を４色変調液晶パネルの場合と同じに設定すれば、マイクロレンズの焦点距離をより短くしてサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２に入射する光束の径をより小さくすることができるため、サブ画素への色光の入射効率を高められると共に、隣接する他のサブ画素に不要な色光が入射することによって生じる混色の発生を防止でき、色表現性に優れた滲みのないカラー画像を投写表示することができる。
【００４４】
また、４色変調液晶パネルに比べて、２色変調液晶パネルではサブ画素３１６Ａ１、３１６Ａ２の寸法が大きいため、光源を含む照明光学系、投写レンズ等との間で高い相対位置精度を確保する必要性が低く、その分プロジェクタの製造が容易となる。
【００４５】
本発明のプロジェクタでは、色分離光学系２０にダイクロイックミラー２１、２２Ｇ１、２３Ｒと反射ミラー２２Ｂ、２３Ｇ２を採用しているので、プロジェクタの軽量化および低コスト化を図り易い。一方、色合成光学系５０にはダイクロイックプリズム５１を採用している。一般に、ダイクロイック面における色光の分離・合成特性は、入射する光に対して入射角依存性を有するため、効率の良い色光の分離・合成を行うためには、光の入射角を小さくすることが重要である。したがって、ブロック状のダイクロイックプリズム５１を用いた場合には、ダイクロイック面は屈折率が空気よりも高い媒質で挟持されるため、光の入射角度を比較的小さくでき、効率の良い色光の合成と合成時における色ムラの発生を低減できる。また、ダイクロイック面には反りが発生し難いため、投写画像に歪みが発生せず、投写画像の高画質化を実現している。
【００４６】
さらに、色分離光学系２０では赤色光を反射させて分離する形態を採用している。一般に、ダイクロイックミラーでは反射率を高めやすいため、赤色光の強度が相対的に小さい光源ランプ（例えば、メタルハライドランプの一部や高圧水銀ランプ）を光源に用いた場合においても、赤色光を無駄なく利用することができる。これにより他の色光との間で強度のバランスを取り易くなり、光利用効率を低下させることなく色表現域を拡大でき、色バランスに優れた明るい投写画像を実現している。また、色合成光学系５０では２種類の緑色光Ｇ１、Ｇ２が重ならないように各色光を合成するため、人間の視覚特性上、観察者の解像度に対する感覚は緑色光の解像度に影響され易いことを考慮すると、視聴時に高い解像度感を実現できる。
【００４７】
２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を図８に示す。このプロジェクタ２は第１実施形態のプロジェクタ１とほぼ同様の構成を有しつつ、光源１０からの光を特定の偏光光束に変換する偏光変換光学系と、光変調光学系３０から射出する偏光光束の偏光状態を変化させる偏光回転素子を備えている点が、プロジェクタ１との主な相違点である。したがって、本実施形態を含めて以降の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００４８】
光源１０と第１の色分離光学素子であるダイクロイックミラー２１との間には、第１のレンズアレイ７１（光束分割素子）、第２のレンズアレイ７２（集光光学素子）、偏光ビームスプリッターアレイ７３（偏光分離素子）、位相差板アレイ７４（偏光変換素子）、重畳レンズ７５（重畳素子）などを備えた偏光変換光学系７０が配置されている。なお、ここで用いている偏光変換光学系７０は、例えば、特許文献１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。光源１０から射出された非偏光な光束は第１及び第２のレンズアレイ７１、７２と偏光ビームスプリッターアレイ７３によって偏光方向が直交するＰ偏光の偏光光束群とＳ偏光の偏光光束群とに分離され、分離されたＰ偏光の偏光光束群は位相差板アレイ７４によってその偏光方向を回転されてＳ偏光の偏光光束群に変換される。Ｓ偏光の偏光光束群は位相差板アレイ７４による偏光方向の回転作用を受けないため、位相差板アレイ７４から射出された光束は全てＳ偏光に揃えられる。これらの偏光光束は重畳レンズ７５によってその射出方向を照明対象である第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２に向けられ、色分離光学系２０に入射する。
【００４９】
ダイクロイックミラー２２Ｇ１および反射ミラー２２Ｂと、ダイクロイックミラー２３Ｒおよび反射ミラー２３Ｇ２の各射出側には平行化レンズ８０が配置され、重畳レンズ７５から射出された各偏光光束をその中心軸に対して集光し、略平行化した状態で第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２に入射させている。一般に液晶パネルは表示特性に入射角依存性を有するが、平行化レンズ８０を配置することで、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２に入射する光束の角度分布を狭くできる。これにより、表示特性の入射角依存性を低減して、投写画像の高画質化と高輝度化を実現している。また、単位マイクロレンズ３３１Ａによる集光性が向上し、より小さな集光スポットを形成できるため、隣接する他のサブ画素に不要な色光が入射することによって生じる混色の発生を防止でき、色表現性に優れた滲みのないカラー画像を投写表示することができる。
偏光変換光学系７０によって第１乃至第３の色分離光学素子に入射する光束をＳ偏光としている。そのため、ダイクロイックミラー２１、２２Ｇ１、２３Ｒでは高い反射率を実現し易い。特に、ダイクロイックミラー２１、２３Ｒでは、Ｓ偏光の赤色光を反射させる形態としており、赤色光の強度が相対的に小さい光源ランプ（例えば、メタルハライドランプの一部や高圧水銀ランプ）を光源に用いた場合においても、赤色光を無駄なく利用することができる。これにより他の色光との間で強度のバランスを取り易くなり、光利用効率を低下させることなく色表現域を拡大でき、色バランスに優れた明るい投写画像を実現している。
【００５０】
第２及び第３の色分離光学素子によって方向分離された各色光は、プロジェクタ１の場合と同様に、第１または第２の２色変調液晶パネル３１、３２に入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいてそれぞれ独立に光変調され、画像情報に応じて部分的にＰ偏光光束に変換されて射出される。ここで、第２の２色変調液晶パネル３２の射出側には偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子４０が配置されており、第２の２色変調液晶パネル３２からの変調後のＰ偏光光束はＳ偏光光束に変換された後、色合成光学系５０に入射する。
【００５１】
色合成光学系５０では第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２から射出された変調後の４種類の色光を合成してカラー画像を形成する。第１の２色変調液晶パネル３１からの色光は透過光として、また、第２の２色変調液晶パネル３２からの色光は反射光として合成されるが、この時、第１の２色変調液晶パネル３１からの色光はＰ偏光光束であり、第２の２色変調液晶パネル３２からの色光はＳ偏光光束となっている。ダイクロイックミラーと同様にダイクロイックプリズム５１でもＳ偏光の反射率を高め易いことを考慮すると、色合成光学系５０においては高い効率で色光の合成を行えるため、投写画像の高画質化と高輝度化を実現できる。なお、偏光回転素子４０の配置形態については、本実施形態に限定されない。すなわち、偏光回転素子４０を第２の２色変調液晶パネル３２の入射側に配置し、色分離光学系２０からのＳ偏光光束をＰ偏光光束に変換した後、２色変調液晶パネル３２に入射させる形態としても良い。さらに、色光合成光学系５０の配置の仕方によっては、偏光回転素子４０を第１の２色変調液晶パネル３１の入射側或いは射出側に配置しても良い。要するに、色合成光学系５０で反射光として扱われる光束は少なくともＳ偏光光束となるように、偏光回転素子４０を適宜配置すれば良い。
【００５２】
このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態で述べた効果の他に、以下のような効果がある。すなわち、色分離光学系２０に入射する光束をＳ偏光光束とし、また、色合成光学系５０で反射光として扱われる光束を少なくともＳ偏光光束とすることにより、高精度、高効率な色分離及び色合成を実現し、投写画像の高画質化と高輝度化を実現している。現在実用化されている光源ランプは何れも理想的な色バランスを有していないため、特定の色光の強度を落とし、明るさを犠牲にして色バランスを取る必要があるが、本発明の上記構成に依れば、色分離及び色合成時の光利用効率を高められるため、明るさを犠牲にすることなく、色表現域の広い投写画像を形成することができる。
【００５３】
（変形例１）
第１実施形態及び第２実施形態のダイクロイックミラー２１、２２Ｇ１、２３Ｒと反射ミラー２２Ｂ、２３Ｇ２に代えて、ブロック状のダイクロイックプリズムを用いて色分離光学系２０を構成しても良い。その場合には、上述したように、ダイクロイック面への光の入射角度を比較的小さくできるので、効率の良い色光の分離と分離時における色ムラの発生を低減できる。また、ダイクロイック面には反りが発生し難いため、色光の方向分離を正確に行え、サブ画素への色光の入射効率を高められると共に、隣接する他のサブ画素に不要な色光が入射することによって生じる混色の発生を防止でき、色表現性に優れた滲みのないカラー画像を投写表示することができる。さらに、ダイクロイックミラーの前後を屈折率が空気よりも大きな媒質（例えば、ガラス）で満たすことにより、色分離光学系２０における光束の光路シフトを低減できるため、光学系の配置が容易であり、装置の小型化に適している。
【００５４】
また、ダイクロイックプリズム５１に代えて、板状のダイクロイックミラーを用いて色合成光学系５０を構成しても良い。その場合には、色合成光学系の軽量化と低コスト化に効果的である。
【００５５】
（変形例２）
第２実施形態においては、ダイクロイックミラー２２Ｇ１および反射ミラー２２Ｂと、ダイクロイックミラー２３Ｒおよび反射ミラー２３Ｇ２の各入射側に、平行化レンズ８０を配置しても良い。この位置に平行化レンズ８０を配置することによって、重畳レンズ７５から射出された各偏光光束はその中心軸に対して集光され、略平行化された状態でダイクロイックミラー２２Ｇ１、２３Ｒに入射する。ダイクロイックミラーは分光特性に入射角依存性を有するため、平行化レンズ８０を用いることで、ダイクロイックミラー２２Ｇ１、２３Ｒに入射する光束の角度分布を狭くでき、第２及び第３の色分離光学素子では精度の高い色分離を行え、投写画像の色ムラの抑制、高画質化、高輝度化を実現できる。ダイクロイックミラーにおける分光特性の入射角依存性を低減するためには、ダイクロイックミラーを面内の位置によって分光特性が異なる傾斜型とすることでも可能であるが、この種のダイクロイックミラーは高価である。平行化レンズ８０を第２及び第３の色分離光学素子の入射側に配置することによって、高価な傾斜型のダイクロイックミラーを使用する必要が無くなるため、光学系の低コスト化には好適である。
【００５６】
（変形例３）
第２実施形態における偏光変換光学系７０の配置の仕方は、これ（図８参照）に限定されない。例えば、図９に示すように、ダイクロイックミラー２１の入射側に第１のレンズアレイ７１を、また、２箇所の射出側に第２のレンズアレイ７２、偏光ビームスプリッターアレイ７３、位相差板アレイ７４、重畳レンズ７５などを各々配置する形態としても良い。この場合には、使用する部品点数は増加するが、光源１０と光変調光学系３０との距離を短くできるため、光学系の小型化が可能である。また、図８の一つの偏光ビームスプリッターアレイを使用する形態に比べて、２箇所の偏光ビームスプリッターアレイ７３や位相差板アレイ７４に入射する色光の波長域は限定され狭帯域化されるため、光学性能の波長依存性を緩和でき、一層高い効率で偏光変換を実現できる。なお、第２実施形態では光束分割素子としてレンズアレイを備えた形態の偏光変換光学系７０を用いていたが、これに代えて、棒状（例えばガラスロッド）或いは管状（例えば管状反射ミラー）の導光体を備えた偏光変換光学系を用いても良い。
【００５７】
（変形例４）
第２実施形態で用いた偏光回転素子の中には、特定波長域の光の偏光方向を回転させる特性を有するものがある。この種の偏光回転素子を偏光変換光学系７０とダイクロイックミラー２１（第１の色分離光学素子）との間に配置すれば、ダイクロイックミラー２１を透過する色光のみを選択的にＰ偏光光束に変換できるため、ダイクロイックミラー２１における色光の分離精度と効率を向上でき、色表現域の拡大と明るさの向上を両立できる。また、この種の偏光回転素子をダイクロイックミラー２１（第１の色分離光学素子）とダイクロイックミラー２２Ｇ１（第２の色分離光学素子）との間に配置すれば、ダイクロイックミラー２２Ｇ１を透過する色光のみを選択的にＰ偏光光束に変換できるため、ダイクロイックミラー２２Ｇ１における色光の分離精度と効率を向上でき、色表現域の拡大と明るさの向上を両立できる。さらに、この種の偏光回転素子をダイクロイックミラー２１（第１の色分離光学素子）とダイクロイックミラー２３Ｒ（第３の色分離光学素子）との間に配置すれば、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
（その他の変形例）
本発明は、前記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。前記の各実施形態では、透過型液晶パネルを用いたプロジェクタに本発明を採用していたが、これに限定されない。また、光変調光学系としてＴＦＴをスイッチング素子として用いた第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２が採用されていたが、これに限定されない。すなわち、同じ液晶パネルであっても、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）をスイッチング素子として用いたものであってもよい。さらには、ＰＤＬＣ（高分子分散型液晶）パネルを用いても同様の効果を期待できるプロジェクタを構成することができ、要するに、光源からの射出光束を変調する形式の光変調光学系を備えた種々のプロジェクタに本発明を採用することができる。また、前記の各実施形態では、第１及び第２の２色変調液晶パネル３１、３２の画素配列はマトリックス状に設定されていたが、これに限らず、ストライプ型、トライアングル型等種々の画素配列を採用してもよい。
【００５９】
さらに、前記の各実施形態では、第１の色分離光学素子として赤色光Ｒと長波長側の緑色光Ｇ２とを反射するダイクロイックミラー２１を採用していたが、これに限定されない。すなわち、第１の色分離光学素子で反射させる色光は、光源、光変調光学系、色合成光学系の特性に応じて、適宜設定すればよい。例えば、青色光の相対強度が小さい、ハロゲンランプ、キセノンランプ、及び、ある種のメタルハライドランプ等を光源ランプとして用いる場合には、青色光Ｂと短波長側の緑色光Ｇ１とを第１の色分離光学素子で反射させる形態とすれば、色バランスを保ちやすく色表現域を拡大し易い。また、このことは、第２及び第３の色分離光学素子で最初に反射して分離する色光についても当てはまる。すなわち、青色光Ｂを第２或いは第３の色分離光学素子で最初に反射して分離する色光とすれば、色バランスを保ちやすく色表現域を拡大し易い。
【００６０】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としても良い。
【００６１】
【発明の効果】
前述のような本発明に係るプロジェクタによれば、光変調光学系が２つの２色変調電気光学装置を備えているので、４種類の色光を用いて色表現域の広い投写画像を形成できる。また、従来のプロジェクタで４種類の色光を扱った場合と比べると、時分割型プロジェクタや並置画素配列型プロジェクタに対しては投写画像の高精細化と投写画像の高輝度化で、また、面分割型プロジェクタに対しては装置の小型化で、さらに、類似形態の空間画素配列型プロジェクタに対しては装置の小型化と低コスト化で有利である。すなわち、本発明によれば、光利用効率が相対的に高く、投写画像の高輝度化、装置の小型化と低コスト化に優れ、色表現域の広いプロジェクタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１の概略構成を表す模式図である。
【図２】第１実施形態におけるダイクロイックミラーの分光特性を示す図である。
【図３】第１実施形態における光源ランプ１１の発光スペクトル分布を表す図である。
【図４】第１実施形態における２色変調液晶パネル３１の概略構造を表す断面図である。
【図５】第１実施形態における２色変調液晶パネル３１、３２の画素配列と、２つの２色変調液晶パネル３１、３２間における画素の対応関係を表す説明図である。
【図６】第１実施形態におけるダイクロイックプリズム５１の分光特性を表す概略図である。
【図７】第１実施形態におけるプロジェクタ１の色表現域を示す色度図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ２の概略構成を表す模式図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る他のプロジェクタ３の概略構成を表す模式図である。
【符号の説明】
１、２、３  プロジェクタ
１０  光源
２０  色分離光学系
２１  ダイクロイックミラー（第１の色分離光学素子）
２２Ｂ  反射ミラー
２２Ｇ１  ダイクロイックミラー（第２の色分離光学素子）
２３Ｒ  ダイクロイックミラー（第３の色分離光学素子）
２３Ｇ２  反射ミラー
３０  光変調光学系
３１  第１の２色変調液晶パネル（第１の２色変調電気光学装置）
３２  第２の２色変調液晶パネル（第２の２色変調電気光学装置）
４０  偏光回転素子
５０  色合成光学系
５１  ダイクロイックプリズム
６０  投写レンズ（投写光学系）
７０  偏光変換光学系
７１  第１のレンズアレイ（光束分割素子）
７２  第２のレンズアレイ（集光光学素子）
７３  偏光ビームスプリッターアレイ（偏光分離素子）
７４  位相差板アレイ（偏光変換素子）
７５  重畳レンズ（重畳素子）
８０  平行化レンズ
３１１  対向基板
３１２  ＴＦＴ基板
３１３  ＴＮ液晶（電気光学材料）
３１５  ブラックマトリックス
３１６Ａ１、３１６Ａ２  サブ画素（サブ画素電極）
３１６Ｂ、３１６Ｇ１、３１６Ｇ２、３１６Ｒ  画像形成領域（サブ画素）
３３１  マイクロレンズアレイ
３３１Ａ  単位マイクロレンズ
Ｒ  赤色光
Ｇ１  短波長側の緑色光
Ｇ２  長波長側の緑色光
Ｂ  青色光
【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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【図９】
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