(57)【要約】【課題】  暗部の表現性を向上させつつ高いピーク輝度を実現し、さらに、装置の小型化と低コスト化を実現しやすい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３０、光変調光学系６０、色合成光学系７０を備えたプロジェクタにおいて、色分離光学系３０は射出方向が異なる三原色光と白色光の４種類の色光を生成し、光変調光学系６０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色変調液晶パネル６１と、他の２種類の色光を変調する第２の２色変調液晶パネル６２を備えており、いずれの２色変調液晶パネル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
2005141150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源から射出された光を２つの色光に分離する第１の色分離光学素子と、該第１の色分離光学素子で分離された前記２つの色光の内、一方を白色光と第１色光とに分離する第２の色分離光学素子と、他方を第２色光と第３色光とに分離する第３の色分離光学素子と、
前記白色光及び第１色光を変調する第１の光変調装置と、前記第２色光及び第３色光を変調する第２の光変調装置と、
前記２つの光変調装置からの射出光の偏光方向が互いに略直交するように、少なくとも一方の射出光の偏光方向を回転させる偏光回転素子と、
前記第１及び第２の光変調装置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、
前記第２の色分離光学素子は、前記白色光及び第１色光が前記第１の光変調装置に異なる方向から入射するように配置され、
前記第３の色分離光学素子は、前記第２色光及び第３色光が前記第２の光変調装置に異なる方向から入射するように配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１において、
前記第１及び第２の光変調装置は、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、前記一対の基板の内の光入射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電極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４】
請求項１乃至請求項３において、
前記第２の色分離光学素子では、白色光が反射によって第１色光と分離されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、
前記第１色光は、前記光源から射出される色光の内で、相対的に光強度が大きい色光であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３において、
前記第３の色分離光学素子で反射によっ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、相対的に光強度が小さい色光であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１色光は、緑色光或いは青色光であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
請求項６において、
前記第３の色分離光学素子で反射によって分離される色光は、赤色光であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６において、
前記光源と前記第１及び第２の光変調装置との間に、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ることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
請求項９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、前記第１の色分離光学素子の光分離面に対してＳ偏光光である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。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などのライトバルブを用いた光学系から射出される映像を投写レンズを通してスクリーン上に拡大投写するプロジェクタが実用化されている。自然画を中心とするビデオ映像をプロジェクタで表示する場合、この種のビデオ映像では全体的に暗い色調が多いため、プロジェクタには優れた暗部の表現能力が求められる。同時に、閃光感や金属光沢感を上手く表現するためには、白色表示部分において高いピーク輝度が求められる。ところが、従来のプロジェクタでは、ライトバルブの表示性能によって表示可能な階調範囲（ダイナミックレンジ）は固定されているため、暗部の表現性の向上と高いピーク輝度の実現は一般的に両立し難いという課題がある。
【０００３】
このようなプロジェクタの課題に対する一つの解決策として、つまり白色表示部分におけるダイナミックレンジを拡張する方法として、白色光を独立して変調する光学系が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２１１３８４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に紹介されている光学系では、三原色光（青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒ）のそれぞれに対応する３つのライトバルブに加えて、白色光を独立して変調するライトバルブを備えることによって、投写画像の輝度向上と高画質化を実現している。しかしながら、この種の光学系では三原色光と白色光に対してそれぞれ専用のライトバルブを備えるため、４つのライトバルブが必要となり、装置の大型化が避けられず、低コスト化が難しいという課題がある。また、明るさムラや色ムラの無い表示画像を得るためには、照明系において色光間の照明光路の長を等しく設定することが重要であるが、４つの照明光路の長さを揃えるためには立体的な光路配置を採らざるを得ず、そのため構成が一層複雑となり、薄型の装置を実現し難いという課題もある。
【０００６】
そこで、本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、暗部の表現性を向上させつつ高いピーク輝度を実現し、さらに、装置の小型化と低コスト化が可能なプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、三原色光を含む光を放射する光源と、その光源から射出された光を２つの色光に分離する第１の色分離光学素子と、その第１の色分離光学素子で分離された２つの色光の内、一方を白色光と第１色光とに分離する第２の色分離光学素子と、他方を第２色光と第３色光とに分離する第３の色分離光学素子と、白色光及び第１色光を変調する第１の光変調装置と、第２色光及び第３色光を変調する第２の光変調装置と、それら２つの光変調装置からの射出光の偏光方向が互いに略直交するように、少なくとも一方の射出光の偏光方向を回転させる偏光回転素子と、第１及び第２の光変調装置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ることを特徴とする。また、第２の色分離光学素子は、白色光及び第１色光が第１の光変調装置に異なる方向から入射するように配置され、第３の色分離光学素子は、第２色光及び第３色光が第２の光変調装置に異なる方向から入射するように配置されていることを特徴とする。また、第１及び第２の光変調装置は、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、一対の基板の内の光入射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。
【０００８】
このような本発明によれば、２種類の色光を独立して変調できる第１及び第２の光変調装置を備えているので、白色光と三原色光の４種類の色光を独立して変調でき、色表現域の広い投写画像を形成できる。白色の照明光を生成している分だけ、三原色光の強度が相対的に小さくなり、黒側の階調表現性の向上と白色に近い画像においては高いピーク輝度の実現を両立できる。また、２種類の色光を１つの光変調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、必要となる光変調装置の数は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。本発明の光変調装置は、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た、いわゆる空間画素配列型と呼称される光変調装置である。この光変調装置に対して、第２及び第３の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。
【０００９】
第２の色分離光学素子では白色光と第１色光とが方向分離されるが、その場合には白色光が第２の色分離光学素子を反射して第１色光と分離される構成とすることが望ましい。その際、光源から射出される色光の内で、相対的に光強度が大きい色光を第１色光とすることが望ましく、具体的には緑色光や青色光とすることが望ましい。
【００１０】
第２の色分離光学素子を透過によって分離された色光は、後段に設置された反射ミラーを経て第２の色分離光学素子を再度透過するため、その過程で光の一部が反射により失われ透過光としての光強度を弱める。一方、第２の色分離光学素子を反射して分離された色光は光損失を殆ど生じない。よって、白色光を構成する光を反射により分離すると共に、透過により分離する色光を光源から射出される色光の内で相対的に光強度が大きい色光とすれば、他の色光との間で光強度のバランスを取り易くなり、光利用効率の低下を最小限に留めつつ、プロジェクタとしての色表現性を向上できる。例えば、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、色バランス的に赤色光に比べて緑色光や青色光が過剰気味であるので、第２の色分離光学素子を透過して分離される第１色光には緑色光や青色光を設定とすることが望ましい。また、第１色光を青色光とすれば、第２の色分離光学素子の分光特性が単純となり、第２の色分離光学素子を製造しやすい。第３の色分離光学素子では第２色光と第３色光とが方向分離されるが、その場合には第３の色分離光学素子で反射によって分離される色光を、光源から射出される色光の内で、相対的に光強度が小さい色光に設定することが望ましく、具体的には赤色光とすることが望ましい。
【００１１】
第１乃至第３の色分離光学素子では、素子構造によって透過特性よりも反射特性を高めた素子とすることができる。よって、第３の色分離光学素子を反射して分離される色光を、光源から射出される色光の内で、相対的に光強度が小さい色光、例えば、赤色光とすれば、その色光の光損失を低減できるため、他の色光との間で光強度のバランスを取り易くなり、光利用効率の低下を最小限に留めつつ、プロジェクタとしての色表現性を向上できる。
【００１２】
また、本発明に係るプロジェクタでは、光源と第１及び第２の光変調装置との間に、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。その場合、偏光変換光学系から射出される偏光方向が揃った光は、第１の色分離光学素子の光分離面に対してＳ偏光光であることが望ましい。
【００１３】
本発明に係るプロジェクタの光変調装置としては、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、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）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。
【発明の効果】
【００１４】
前述のような本発明に係るプロジェクタによれば、三原色光及び白色光の４種類の色光を独立に変調して表示画像を形成しているので、色表現域の広い投写画像を形成できる。特に、独立して変調可能な白色の照明光により、例えば金属光沢や閃光などの輝き感における表現性を向上できる。また、白色の照明光を生成している分だけ、従来の三原色光だけを用いたプロジェクタに比べて三原色光の強度が相対的に小さくなっており、これらの三原色光だけを用いて画像表示を行う場合には、黒側の階調表現性を向上させることができる。したがって、暗部の表現性の向上と高いピーク輝度の実現を両立でき、全体的に暗い色調が多いビデオ映像の表示に好適である。
【００１５】
また、２種類の色光を一つの２色変調液晶パネルで変調する構成を採用しているため、４種類の色光を変調する場合に２つの液晶パネルで対応でき、装置の小型化と低コスト化を実現しやすい。さらに、４種類の色光の照明光路を対称形に配置できるため、短い距離で長さの等しい照明光路を構成できる。この点でも、装置の小型化と薄型化を実現しやすい。以上より、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、映像の表現性に優れたプロジェクタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
[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、三原色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３０、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６０、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７０、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９０を備えて大略構成されている。
【００１７】
光源１０は、三原色光を含む略白色光を放射状に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。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。
【００１８】
色分離光学系３０は、第１の色分離光学素子であるダイクロイックミラー４０、第２の色分離光学素子であるダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６、第３の色分離光学素子であるダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７を備えている。３種類のダイクロイックミラー４０，５０Ｗ，５５Ｒは、特定の波長域の色光を所定の割合で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、例えば、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。反射ミラー５６，５７はガラス等の透明基板上に銀やアルミなどの金属膜を形成したものを使用できるが、高い反射率を実現し易いダイクロイックミラーであっても良い。ダイクロイックミラー４０，５０Ｗ，５５Ｒ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４０、図２（Ｂ）はダイクロイックミラー５０Ｗ、図２（Ｃ）はダイクロイックミラー５５Ｒの分光特性をそれぞれ示している。なお、図２及び図５ではグラフの可読性を考慮して、本質的には反射率を０とすべき波長域において反射率を０以外の値として描いている。
【００１９】
光源１０から射出された光は、青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）及び赤色光（Ｒ）を所定の割合で含んでいる白色光（Ｗ、Ｗ＝Ｂ＋Ｇ＋Ｒ）と見なすことができる。ここでは、青色光として概ね３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域の光を、緑色光として概ね４９５ｎｍ〜５８５ｎｍの波長域の光を、赤色光として概ね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。
【００２０】
光源１０から射出された白色光（Ｗ）は、色分離光学系３０によって、最終的に青色光（Ｂ１）と緑色光（Ｇ１）と赤色光（Ｒ１）及び白色光（Ｗ２）の４種類の色光に分離される。以下では、その分離の過程を詳しく説明する。
【００２１】
まず、光源１０からダイクロイックミラー４０に入射した白色光（Ｗ）は、図２（Ａ）に示す分光特性に応じて、ダイクロイックミラー４０を透過する一部の青色光（Ｂ２）と全ての緑色光（Ｇ１＋Ｇ２）及び一部の赤色光（Ｒ２）と、ダイクロイックミラー４０を反射する残りの青色光（Ｂ１）と残りの赤色光（Ｒ１）に分離される。
【００２２】
次に、ダイクロイックミラー４０を透過した光は、図２（Ｂ）に示す分光特性に応じて、ダイクロイックミラー５０Ｗを透過する一部の緑色光（Ｇ１）と、ダイクロイックミラー５０Ｗを反射する残りの緑色光（Ｇ２）、青色光（Ｂ２）及び赤色光（Ｒ２）に分離される。ここで、ダイクロイックミラー５０Ｗを反射した青色光（Ｂ２）と緑色光（Ｇ２）及び赤色光（Ｒ２）の光強度比は、光源１０から射出された光における青色光（Ｂ）と緑色光（Ｇ）及び赤色光（Ｒ）の光強度比とほぼ一致するように、ダイクロイックミラー４０及びダイクロイックミラー５０Ｗの分光特性は設定される。これにより、ダイクロイックミラー５０Ｗを反射した青色光（Ｂ２）と緑色光（Ｇ２）及び赤色光（Ｒ２）から成る光は白色光（Ｗ２）と見なすことができる。そのためには、例えば、反射ミラー５６における光損失を無視し、ダイクロイックミラー４０の青色光（Ｂ）及び赤色光（Ｒ）の波長域における反射率をｘとすれば、ダイクロイックミラー５０Ｗの緑色光（Ｇ）の波長域における反射率を１−ｘに設定すると良い。勿論、ここで示した分光特性は一例であり、光源１０から放射される光の分光分布に応じて適切に設定されるべきものである。さらに、高画質なカラー画像の形成には、光源１０から放射される光の分光分布を補正する必要性が少なからずある（例えば、緑色光の強度を弱めて色バランスを適正とすることが多い）ことを考慮すると、ダイクロイックミラー４０，５０Ｗ等の分光特性を必ずしも上記の値に設定する必要はなく、例えば、光変調光学系６０の入射側にカラーフィルター等を配置して、白色光（Ｗ２）の色度や他の色光との色バランス及び他の色光間での色バランスなどを調整するようにしても良い。
【００２３】
そして、ダイクロイックミラー５０Ｗを透過した緑色光（Ｇ１）は反射ミラー５６で進行方向を変えた後、再びダイクロイックミラー５０Ｗを透過して、白色光（Ｗ２）と共に後述する第１の２色変調液晶パネル６１（光変調光学系６０）に入射する。ここで、反射ミラー５６を反射した緑色光（Ｇ１）は第１の２色変調液晶パネル６１に至る途中でダイクロイックミラー５０Ｗを再度透過するため、ダイクロイックミラー５０Ｗの分光特性に応じて緑色光（Ｇ）の一部が反射し透過光の光強度は低下する（Ｇ１’）。プロジェクタに多く使われる高圧水銀ランプでは他の色光に比べて緑色光の光強度が大きすぎる傾向にあるため、ダイクロイックミラー５０Ｗを透過する際に緑色光の一部が損失しても、第２の２色変調液晶パネル６２に入射する他の色光との間で色バランスが取れなくなることはない。よって、この光路を通過する色光は、光源から射出される色光の内で最も光強度が大きい色光とすることが望ましく、この理由により、本実施形態では緑色光（Ｇ）をこの光路に設定している。これにより、光変調光学系６０に入射する色光の色バランスを取り易くなり、プロジェクタとしての色表現性と光利用効率の向上を実現できる。
【００２４】
一方、ダイクロイックミラー４０を反射した光は、図２（Ｃ）に示す分光特性に応じて、ダイクロイックミラー５５Ｒを反射する赤色光（Ｒ１）と、ダイクロイックミラー５５Ｒを透過する青色光（Ｂ１）に分離される。ダイクロイックミラー５５Ｒを透過した青色光（Ｂ１）は反射ミラー５７で進行方向を変えて、赤色光（Ｒ１）と共に後述する第２の２色変調液晶パネル６２（光変調光学系６０）に入射する。このダイクロイックミラー５５Ｒには緑色光は入射しないため、緑色光に対応する波長域では急峻に変化する分光特性は要求されない。したがって、三原色光の波長域で間に位置する色光（すなわち、緑色光）をダイクロイックミラー５５Ｒに入射させない光路配置（色光の設定）とすることにより、ダイクロイックミラー５５Ｒの実現が容易となり低コスト化を図り易い。また、ダイクロイックミラー５５Ｒでは反射率を高めやすいため、ダイクロイックミラー５５Ｒを反射する色光は、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とすることが望ましい。これにより、光変調光学系６０に入射する色光の色バランスを取り易くなり、プロジェクタとしての色表現性と光利用効率の向上を実現できる。
【００２５】
ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６は、ダイクロイックミラー４０からの光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平面上で入射光の中心軸に対して４５°を成すような仮想の軸Ｑ１を設定し、この軸Ｑ１を対称軸としてダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６と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５０Ｗで反射された白色光（Ｗ２）と反射ミラー５６で反射された緑色光（Ｇ１’）とは、ＸＺ平面上で僅かに異なる２つの方向に分離された状態で、後述する第１の２色変調液晶パネル６１（光変調光学系６０）に入射する。
【００２６】
同様に、ダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７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Ｑ２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５５Ｒで反射された赤色光（Ｒ１）と反射ミラー５７で反射された青色光（Ｂ１）も、ＸＺ平面上で僅かに異なる２つの方向に分離された状態で、後述する第２の２色変調液晶パネル６２（光変調光学系６０）に入射する。なお、ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６、及び、ダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７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。その場合には、２色変調液晶パネルに対する各色光間の入射角度の関係が、本実施形態の場合とは逆の関係となる。要するに、後述する光変調光学系６０の光学構成に対応させて、各々の色光が互いに所定の角度で光変調光学系６０に入射するように、ダイクロイックミラー５０Ｗ，５５Ｒと反射ミラー５６，５７を配置すれば良い。
【００２７】
次に、光変調光学系６０は色光を変調する２つの光変調装置、すなわち、第１の２色変調液晶パネル６１（第１の光変調装置）と第２の２色変調液晶パネル６２（第２の光変調装置）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６１，６２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る。本実施形態では、第１の２色変調液晶パネル６１では白色光（Ｗ２）と緑色光（Ｇ１’）を、第２の２色変調液晶パネル６２では赤色光（Ｒ１）と青色光（Ｂ１）をそれぞれ変調する。
【００２８】
２色変調液晶パネル６１，６２は、入射した２種類の色光を不図示の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、入射側とは反対の側から変調光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３に示す。図３は第１の２色変調液晶パネル６１を例に示している。この２色変調液晶パネル６１，６２の概略構造は、後述するサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２（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６１１、ＴＦＴ基板６１２）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６１３が封入され、対向基板６１１上には共通電極６１４および不要光を遮光するためのブラックマトリクス６１５等が、また、ＴＦＴ基板６１２上には２種類のサブ画素電極６１６Ａ１，６１６Ａ２とスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）６１７等が形成され、薄膜トランジスタ６１７を介してサブ画素電極６１６Ａ１，６１６Ａ２に電圧が印加されると、共通電極６１４との間に挟まれた液晶６１３が駆動される。勿論、サブ画素電極６１６Ａ１，６１６Ａ２は互いに独立して制御可能である。
【００２９】
さらに、対向基板６１１の入射側には複数の単位マイクロレンズ６３１をマトリックス状に備えてなるマイクロレンズアレイ６３０が配置されている。単位マイクロレンズ６３１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）６３２を介して対向基板６１１に接着されている。マイクロレンズアレイ６３０は、ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６、或いはダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７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６１６Ａ１，６１６Ａ２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６１６Ａ１，６１６Ａ２に対して一つの単位マイクロレンズ６３１が対応する様にマイクロレンズアレイ６３０は配置されている。そのため、一対のサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２が並ぶ方向は、ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６（或いはダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７）で色光の射出方向が分離される方向（図１のＸＺ平面上の方向）に設定されている。
【００３０】
ここで、単位マイクロレンズ６３１のＺ方向の幅寸法は、サブ画素６１６Ａ１のＺ方向の幅寸法とサブ画素６１６Ａ２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６１６Ａ１，６１６Ａ２（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。また、サブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２のＺ方向の幅寸法はＹ方向の長さ寸法の略１／２に設定されている。この理由は、一対のサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２で一つの絵素（ドット）を表現する表示形態を採用しているためであるが、サブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２の寸法形状については、上記に限定されない。
【００３１】
そして、ＴＦＴ基板６１２の光射出側およびマイクロレンズアレイ６３０の光入射側には、それぞれ偏光板６４２，６４１が配置されている。なお、液晶６１３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できる。
【００３２】
図１及び図３に示すように、ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６で射出方向を分離された白色光（Ｗ２）及び緑色光（Ｇ１’）は、第１の２色変調液晶パネル６１上の各単位マイクロレンズ６３１に異なる角度で入射する。この各単位マイクロレンズ６３１に入射した白色光（Ｗ２）及び緑色光（Ｇ１’）は、それぞれ異なる角度で単位マイクロレンズ６３１から射出され、色光毎に分かれて集光し、Ｚ方向に並ぶ一対のサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２にそれぞれ入射する。そして、白色光（Ｗ２）及び緑色光（Ｇ１’）は、それぞれのサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２により変調された後、第１の２色変調液晶パネル６１の光束入射端面と直交する方向（図３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５５Ｒと反射ミラー５７で射出方向を分離された青色光（Ｂ１）及び赤色光（Ｒ１）も、第２の２色変調液晶パネル６２のそれぞれのサブ画素６１６Ａ１，６１６Ａ２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。
【００３３】
第１及び第２の２色変調液晶パネル６１，６２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６１，６２間におけるサブ画素の相対的な対応関係を図４に示す。図４は２色変調液晶パネル６１，６２を何れも光入射側から見た場合のサブ画素の配置関係を示している。第１の２色変調液晶パネル６１では白色光（Ｗ２）が入射する画像形成領域（サブ画素）６１６Ｗと緑色光（Ｇ１’）が入射する画像形成領域（サブ画素）６１６Ｇとが、また、第２の２色変調液晶パネル６２では赤色光（Ｒ１）が入射する画像形成領域（サブ画素）６１６Ｒと青色光（Ｂ１）が入射する画像形成領域（サブ画素）６１６Ｂ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６１，６２間においては、画像形成領域（サブ画素）６１６Ｗと画像形成領域（サブ画素）６１６Ｒとが、また、画像形成領域（サブ画素）６１６Ｇと画像形成領域（サブ画素）６１６Ｂ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。但し、２つの２色変調液晶パネル６１，６２間におけるサブ画素の対応関係は上記に限定されない。このような画素間の配置関係に対応して、ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６、及びダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７等の配置関係は設定されている。
【００３４】
図１に戻り、第１の２色変調液晶パネル６１の射出側には偏光回転素子８０が配置され、第１の２色変調液晶パネル６１からの射出光の偏光方向を９０度回転する。偏光回転素子としては、例えばλ／２位相差板を用いることができる。これにより、２つの２色変調液晶パネル６１，６２からのそれぞれの射出光の偏光方向が互いに９０度異なる状態となる。例えば、偏光回転素子８０からの射出光はＰ偏光、第２の２色変調液晶パネル６２からの射出光はＳ偏光となる。なお、偏光回転素子８０の配置場所は上記に限定されず、第２の２色変調液晶パネル６２の射出側に配置しても良し、或いは、２色変調液晶パネル６１，６２の入射側の偏光板６４１よりも投写レンズ側であれば、２色変調液晶パネルの入射側に配置することもできる。要するに、色合成光学系７０で反射光として扱われる光は少なくともＳ偏光光となるように、偏光回転素子８０を適宜配置すれば良い。
【００３５】
２つの２色変調液晶パネル６１，６２からの射出光は、色合成光学系である偏光ビームスプリッター７０で一つの光に合成される。この偏光ビームスプリッター７０は、略三角柱状の２つの透明媒質（例えばガラスや樹脂）によって偏光分離・合成膜７１が挟持された立方体形状をなし、偏光方向が互いに直交する２種類の偏光光（Ｐ偏光とＳ偏光）の内、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる偏光分離・合成膜７１が平面視正方形の対角線部分に形成されている。偏光分離・合成膜７１としては、例えば誘電体多層膜によって実現できる。これにより、Ｐ偏光である第１の２色変調液晶パネル６１からの色光とＳ偏光である第２の２色変調液晶パネル６２からの色光は、それらの偏光方向の違いを利用して一つの光に合成され、カラー画像を形成する。そして、偏光ビームスプリッター７０で合成されたカラー画像は、投写レンズ（投写光学系）９０から射出され、不図示のスクリーン上に投写表示される。
【００３６】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。光変調光学系６０が第１及び第２の２色変調液晶パネル６１，６２を備えて構成されているので、三原色光及び白色光の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。特に、白色光を独立して変調できるため、従来の三原色光だけを用いたプロジェクタに比べて相対的に輝度の高い白表示を行え、例えば金属光沢や閃光などの輝き感における表現性を向上できる。また、白色の照明光を生成しているために、従来の三原色光だけを用いたプロジェクタに比べて三原色光の強度が相対的に小さくなっている。したがって、これらの三原色光だけを用いて画像表示を行う場合には、黒側の階調表現性を向上させることができる。その結果、暗部の表現性の向上と高いピーク輝度の実現を両立でき、全体的に暗い色調が多いビデオ映像の表示に好適である。
【００３７】
また、２種類の色光を一つの２色変調液晶パネル６１，６２で変調する構成を採用しているため、４種類の色光を変調するにも拘わらず２つの液晶パネルで対応でき、装置の小型化と低コスト化を実現しやすい。さらに、４種類の色光の照明光路を対称形に配置できるため、短い距離で長さの等しい照明光路を構成できる。この点でも、装置の小型化と薄型化を実現しやすい。
【００３８】
さらに、ダイクロイックミラー５０Ｗでは緑色光を透過させる形態を採用している。ダイクロイックミラー５０Ｗを透過した光は反射ミラー５６を経て再度ダイクロイックミラー５０Ｗを透過する際に光損失を生じるが、プロジェクタに多く用いられる高圧水銀ランプでは、他の色光に比べて緑色光の光強度が相対的に大きいため、ダイクロイックミラー５０Ｗを透過する色光を緑色光とすることにより、他の色光との間で光強度のバランスを取りやすく、色バランスに優れた明るい投写画像を実現しやすい。
（第１実施形態の変形例）
色分離光学系３０における各ダイクロイックミラー４０，５０Ｗ，５５Ｒの分光特性は、第１実施形態に限定されず、光路に対する色光の設定によって分光特性は決められる。例えば、ダイクロイックミラー４０で透過により青色光（Ｂ１）と赤色光（Ｒ１）とを白色光（Ｗ）から分離する場合には、図５（Ａ）に示す様な分光特性のダイクロイックミラー４０とすればよい。また、ダイクロイックミラー５０Ｗで透過により白色光（Ｗ２）を分離する場合には、図５（Ａ）の青色光或いは赤色光における反射率をｙとして、図５（Ｂ）に示す様な分光特性のダイクロイックミラー５０Ｗを用いることができる。ここで、反射ミラー５６を反射した緑色光（Ｇ２）は第１の２色変調液晶パネル６１に至る途中でダイクロイックミラー５０Ｗを再度透過するため、ダイクロイックミラー５０Ｗの分光特性に応じて緑色光（Ｇ２）の一部が反射し透過光の光強度が低下する。そのため、第１の２色変調液晶パネル６１に入射する白色光の色バランスを保つために、その光損失を予め考慮して緑色光に対応する波長域の反射率を１−√ｙとしている。さらに、ダイクロイックミラー５５Ｒで反射により青色光（Ｂ１）を分離する場合には、図５（Ｃ）に示す様な分光特性のダイクロイックミラー５５Ｒとすればよい。勿論、ここで示した分光特性は一例であり、光源１０から放射される光の分光分布に応じて適切に設定されるべきものである。さらに、第１実施形態では、板状のダイクロイックミラーや反射ミラーを用いて色分離光学系３０を構成しているが、ガラスや樹脂などの透明媒質によってダイクロイック膜や反射膜が挟持されて成るダイクロイックプリズムや反射プリズムを用いて構成しても良い。前者の場合にはプロジェクタの軽量化および低コスト化を図りやすく、後者の場合には色光分離効率や反射率などの光学特性を向上させやすいという特徴がある。また、プリズム状の偏光ビームスプリッターを用いて色合成光学系７０を構成しているが、板状の偏光ビームスプリッターを用いても良い。前者の場合には偏光分離・合成膜に対する光の入射角度を比較的小さくできるため、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、後者の場合にはプロジェクタの軽量化および低コスト化を図りやすいという特徴がある。
[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６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に変換する偏光変換光学系２０と、照明光を光変調光学系６０に効率的に入射させるための平行化レンズ６５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、第１実施形態と同一の機能或いは作用を有する部分については、同一符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００３９】
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４０との間には、第１のレンズアレイ２１、第２のレンズアレイ２２、偏光ビームスプリッターアレイ２３、位相差板アレイ２４、重畳レンズ２５などを備えた偏光変換光学系２０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２０は、例えば、特許公報（特開平Ｈ８−３０４７３９）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。
【００４０】
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２１，２２と偏光ビームスプリッターアレイ２３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２４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２４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２４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２５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６１，６２に向けられ、平行化レンズ６５を通過して各々の２色変調液晶パネル６１，６２上で重畳結合される。
【００４１】
ダイクロイックミラー５０Ｗおよびダイクロイックミラー５５の各射出側には平行化レンズ６５が配置され、重畳レンズ２５から射出された各々の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６１，６２に入射させる。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６５を配置することで、第１及び第２の２色変調液晶パネル６１，６２に入射する光束の角度分布を狭めている。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６３１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表示できる。
【００４２】
偏光変換光学系２０によって色分離光学系３０に入射する光をＳ偏光としている。そのため、ダイクロイックミラー４０，５０Ｗ，５５ＲではＳ偏光に特化した分光特性とできるため、効率の高い色光分離を実現しやすい。特に、ダイクロイックミラー５５Ｒ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光強度のバランスを取りやすくなり、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できる。
【００４３】
ダイクロイックミラー５０Ｗと反射ミラー５６、及びダイクロイックミラー５５Ｒと反射ミラー５７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６１，６２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偏光光に変換されて射出される。ここで、第１実施形態の場合とは異なり、第２の２色変調液晶パネル６２の射出側に偏光方向を略９０度回転させる偏光回転素子８０が配置されており、第２の２色変調液晶パネル６２からの変調後のＰ偏光光はＳ偏光光に変換された後、色合成光学系７０に入射する。
【００４４】
色合成光学系７０では第１及び第２の２色変調液晶パネル６１，６２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。この時、第１の２色変調液晶パネル６１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６２からの色光は反射光として合成される。なお、偏光回転素子８０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、色合成光学系７０からの光をＺ軸方向に射出する場合には、偏光回転素子８０を第１の２色変調液晶パネル６１の射出側に配置し、偏光回転素子８０からはＳ偏光が射出される構成としても良い。また、偏光変換光学系７０によって２つの２色変調液晶パネル６１，６２に入射する光は偏光光となっているため、２色変調液晶パネル６１，６２の射出側に換えて、２色変調液晶パネル６１，６２の入射側に配置しても良い。要するに、色合成光学系７０で反射光として扱われる光束は少なくともＳ偏光光となるように、偏光回転素子８０を適宜配置すれば良い。
【００４５】
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、非偏光な照明光を液晶パネルで効率的に利用可能な特定の偏光に変換して照明光としているため、光源からの光の利用効率を大幅に向上でき、投写画像の一層の高輝度化を実現できる。また、色分離光学系３０に入射する光をＳ偏光とすることにより、高精度、高効率な色分離を実現し、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、色分離時の光利用効率を高められるため、明るさの犠牲を最小限に留めて、暗部の表現性の向上と高いピーク輝度の実現を両立することができる。
【００４６】
なお、本実施形態とは異なり、偏光変換光学系２０から色分離光学系３０に入射する光をＰ偏光とすることもできる。但し、その場合には、偏光回転素子８０、色合成光学系７０及び投写レンズ９０等の配置形態を適宜変更する必要がある。
（第２実施形態の変形例）
平行化レンズ６５の配置場所は第２実施形態に限定されない。例えば、ダイクロイックミラー５０Ｗ，５５Ｒの各入射側に配置しても良い。この配置に依れば、各ダイクロイックミラー５０Ｗ，５５Ｒに入射する光の平行性を高められるため、ダイクロイックミラー５０Ｗ，５５Ｒにおける色光の分離精度と効率を高めやすく、低コスト化も可能である。
【００４７】
また、偏光変換光学系２０の配置の仕方は第２実施形態に限定されない。例えば、ダイクロイックミラー４０の入射側に第１のレンズアレイ２１を、また、２箇所の射出側に第２のレンズアレイ２２、偏光ビームスプリッターアレイ２３、位相差板アレイ２４、重畳レンズ２５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６０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、第２実施形態の構成に比べて、２箇所の偏光ビームスプリッターアレイ２３や位相差板アレイ２４に入射する色光の波長域が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実施形態ではレンズアレイを備えた形態の偏光変換光学系２０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。
（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、第１の２色変調液晶パネル６１で白色光（Ｗ２）と緑色光（Ｇ１’）を変調する構成としているが、緑色光（Ｇ１'）に換えて青色光（Ｂ１）或いは赤色光（Ｒ１）を変調する構成としても良い。その場合には、ダイクロイックミラー４０やダイクロイックミラー５０Ｗを製造しやすい。ダイクロイックミラー４０を例にとると、三原色光の波長域で短波長側或いは長波長側に位置する波長域の反射率は０に、それ以外の波長域の反射率はｘであるように分光特性を設定すればよいため、図２（Ａ）に示した分光特性のダイクロイックミラーに比べて、分光特性上の変化の仕方が単純であり、製造しやすくなり低コスト化も可能となる。また、前記の各実施形態では、２つの２色変調液晶パネルから色合成光学系に入射する光を、偏光回転素子によって互いに直交する直線偏光に変換していたが、色合成光学系の構成内容によっては、例えば、２ヶ所に偏光回転素子を配置して回転方向が互いに異なる円偏光（例えば左回りの円偏光と右回りの円偏光）であるように変換してもよい。要するに、偏光回転素子は、２方向からの色光を色合成光学系で効率よく合成できるように、少なくとも一方の偏光を変換して互いの偏光状態が異なるようにする機能を有していればよい。
【００４８】
さらに、前記の各実施形態では、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。
【００４９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【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り、（Ａ）はダイクロイックミラー４０の分光特性を、（Ｂ）はダイクロイックミラー５０Ｗの分光特性を、（Ｃ）はダイクロイックミラー５５Ｒの分光特性を示している。
【図３】第１実施形態における第１の２色変調液晶パネル６１の概略構造を表す断面図である。
【図４】第１実施形態における第１及び第２の２色変調液晶パネル６１，６２の画素配列と、それら２つの２色変調液晶パネル６１，６２間における画素の対応関係を表す説明図である。
【図５】第１実施形態の変形例としてのダイクロイックミラーの分光特性を示す図であり、（Ａ）はダイクロイックミラー４０の他の分光特性を、（Ｂ）はダイクロイックミラー５０Ｗの他の分光特性を、（Ｃ）はダイクロイックミラー５５Ｒの他の分光特性を示している。
【図６】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。
【符号の説明】
【００５１】
１、２  プロジェクタ
１０  光源
２０  偏光変換光学系
２１  第１のレンズアレイ
２２  第２のレンズアレイ
２３  偏光ビームスプリッターアレイ
２４  位相差板アレイ
２５  重畳レンズ
３０  色分離光学系
４０  ダイクロイックミラー（第１の色分離光学素子）
５０Ｗ  ダイクロイックミラー（第２の色分離光学素子）
５５Ｒ  ダイクロイックミラー（第３の色分離光学素子）
５６、５７  反射ミラー
６０  光変調光学系
６１  第１の２色変調液晶パネル（第１の光変調装置）
６２  第２の２色変調液晶パネル（第２の光変調装置）
６１６Ａ１、６１６Ａ２  サブ画素（サブ画素電極）
６３０  マイクロレンズアレイ
６４１、６４２  偏光板
６５  平行化レンズ
７０  偏光ビームスプリッター（色合成光学系）
７１  偏光分離・合成膜
８０  偏光回転素子
９０  投写レンズ（投写光学系）
【図１】
2005141150.tif 000003
【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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