(57)【要約】【課題】光学系の簡素化が図れるとともに、高輝度のカラー画像を形成できるプロジェクターを提供する。【解決手段】プロジェクター１を構成する光変調装置は、透過型光変調装置３０Ａと、反射型光変調装置３０Ｂとを備える。そして、プロジェクター１は、光源装置１１から出射された光束を反射及び透過により分離し、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂにそれぞれ導く導光装置１５と、導光装置１５から反射型光変調装置３０Ｂに至る光束の光路中に配設され、導光装置１５から出射される光束を時分割形式で複数の色光に分離して反射型光変調装置３０Ｂに出射する色分離装置２０と、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂにて変調された光束を合成して投射光学装置５０に出射する光合成装置４０とを備える。【選択図】図１
2013109134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源装置と、前記光源装置から出射された光束を変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を投射する投射光学装置とを備えたプロジェクターであって、
前記光変調装置は、
透過型光変調装置と、反射型光変調装置とを備え、
当該プロジェクターは、
前記光源装置から出射された光束を反射及び透過により分離し、前記透過型光変調装置及び前記反射型光変調装置にそれぞれ導く導光装置と、
前記導光装置から前記反射型光変調装置に至る光束の光路中に配設され、前記導光装置から出射される光束を時分割形式で複数の色光に分離して前記反射型光変調装置に出射する色分離装置と、
前記透過型光変調装置及び前記反射型光変調装置にて変調された光束を合成して前記投射光学装置に出射する光合成装置とを備える
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
前記色分離装置は、
前記反射型光変調装置の画像形成面に対して光学的に共役となる共役面からずれた位置に配設されている
ことを特徴とするプロジェクター。
【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。
【背景技術】
【０００２】
従来、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置と、各光変調装置で変調された各色光を合成してカラー画像を形成するクロスダイクロイックプリズムとを備えた三板式のプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、特許文献１に記載のプロジェクターでは、３つの光変調装置に応じた３つの光路が設けられている。また、光源装置（光源ランプユニット）から出射された光束（白色光）をＲ，Ｇ，Ｂの各色光に分離し、各光路に導く手段として、複数のダイクロイックミラーが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０３５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のプロジェクターでは、光変調装置が３つ設けられているので、当該３つの光変調装置に応じた３つの光路を設ける必要がある。
また、光源装置から出射された光束をＲ，Ｇ，Ｂの各色光に分離し、各光路に導く手段として、複数のダイクロイックミラーが必要となる。
したがって、プロジェクターの光学系が複雑化してしまう、という問題がある。
ここで、プロジェクターの光学系を簡素化するために、光変調装置を１つのみ設け、当該１つのみの光変調装置にてカラー画像を形成する構成（単板式のプロジェクター）も考えられるが、高輝度のカラー画像を形成することが難しい、という問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、光学系の簡素化が図れるとともに、高輝度のカラー画像を形成できるプロジェクターを提供することにある。
【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、光源装置と、前記光源装置から出射された光束を変調する光変調装置と、前記光変調装置にて変調された光束を投射する投射光学装置とを備えたプロジェクターであって、前記光変調装置は、透過型光変調装置と、反射型光変調装置とを備え、当該プロジェクターは、前記光源装置から出射された光束を反射及び透過により分離し、前記透過型光変調装置及び前記反射型光変調装置にそれぞれ導く導光装置と、前記導光装置から前記反射型光変調装置に至る光束の光路中に配設され、前記導光装置から出射される光束を時分割形式で複数の色光に分離して前記反射型光変調装置に出射する色分離装置と、前記透過型光変調装置及び前記反射型光変調装置にて変調された光束を合成して前記投射光学装置に出射する光合成装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、上述した透過型光変調装置は、光入射面に入射した光束を変調し、当該変調した光束を光入射面とは反対側の光出射面から光束の入射方向と同一方向に出射する光変調装置を意味する。
一方、上述した反射型光変調装置は、光入射面に入射した光束を変調した後、内部の反射層にて反射させて、光入射面から光束の入射方向とは反対方向に出射する光変調装置を意味する。
【０００８】
本発明のプロジェクターでは、透過型光変調装置及び反射型光変調装置の２つが設けられているので、当該２つの光変調装置に応じた２つの光路のみを設けることで対応できる。
また、プロジェクターが上述した導光装置を備えるので、導光装置を介して光源装置から出射された光束（白色光）を透過型光変調装置に入射させ、当該透過型光変調装置に例えばモノクロ階調の画像を形成させることができる。
【０００９】
さらに、導光装置から反射型光変調装置に至る光束の光路中に上述した色分離装置が配設されているので、色分離装置にて時分割形式で分離された複数の色光を反射型光変調装置に入射させ、当該反射型光変調装置に時間的に順次、複数の色光の画像を形成させることができる。言い換えれば、反射型光変調装置にて形成された複数の色光の画像は時間的に混合されてカラー画像となるので、反射型光変調装置にカラー画像を形成させることができる。
そして、プロジェクターが上述した光合成装置を備えるので、透過型光変調装置及び反射型光変調装置にて変調された光束を光合成装置に合成させ、当該合成させた光束を投射光学装置にて投射させることができる。
【００１０】
以上のように、２つの光変調装置に応じた２つの光路のみを設けることで対応でき、従来のような複数のダイクロイックミラーを不要とするため、従来のような三板式のプロジェクターと比較して、光学系の簡素化が図れる。
また、反射型光変調装置にて形成されたカラー画像と透過型光変調装置にて形成された画像（例えば、モノクロ階調の画像）とを合成するので、例えば、光変調装置を１つのみ設け、当該１つのみの光変調装置にてカラー画像を形成する構成と比較して、コントラストを低下させることなく、高輝度のカラー画像を形成できる。
【００１１】
本発明のプロジェクターでは、前記色分離装置は、前記反射型光変調装置の画像形成面に対して光学的に共役となる共役面からずれた位置に配設されていることが好ましい。
ところで、色分離装置が反射型光変調装置の画像形成面に対して光学的に共役となる共役面に合致する位置に配設されている場合には、以下の問題が生じる恐れがある。
すなわち、色分離装置に異物等が付着している場合には、当該異物等による像が投影画像に映り込むこととなる。
本発明では、色分離装置が上述した共役面からずれた位置に配設されているので、色分離装置に異物等が付着した場合であっても、当該異物等による像がデフォーカスされて投影画像に映り込むことがなく、投影画像を良好に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態におけるプロジェクターの概略構成を示す図。
【図２】本実施形態におけるカラーホイールの概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクターの構成〕
図１は、プロジェクター１の概略構成を示す図である。
プロジェクター１は、画像を投射してスクリーン（図示略）上に投影画像を表示する。
このプロジェクター１は、図１に示すように、照明光学装置１０と、色分離装置としてのカラーホイール２０と、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂと、光合成装置４０と、投射光学装置５０とを備える。
【００１４】
〔照明光学装置の構成〕
照明光学装置１０は、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂの各画像形成面に略均一に光束を照射する。
この照明光学装置１０は、図１に示すように、光源装置１１と、ロッドインテグレーター１２と、第１，第２結像レンズ１３，１４と、導光装置としてのワイヤーグリッド１５と、第１，第２のリレー光学系１６，１７と、第１，第２フィールドレンズ１８，１９とを備える。
光源装置１１は、図１に示すように、光源ランプ１１Ａと、光源ランプ１１Ａから出射された光束を反射させ、ロッドインテグレーター１２における光入射側の端面１２Ａに向けて集束させるリフレクター１１Ｂとを備える。
【００１５】
ロッドインテグレーター１２は、四角柱状に形成され、図１に示すように、光源装置１１に対して光路下流側に配設される。そして、ロッドインテグレーター１２は、リフレクター１１Ｂにて集束された光束を内部に導入し、当該光束を内部で多重反射させる。すなわち、ロッドインテグレーター１２は、光源ランプ１１Ａの像が持つ像内の輝度ムラを低減し、照度分布の均一な光束を生成する。
そして、ロッドインテグレーター１２における光出射側の端面１２Ｂ近傍において、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂの各画像形成面を照射する光源面を形成する。このため、ロッドインテグレーター１２における光出射側の端面１２Ｂの形状は、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂの各画像形成面と略同一のアスペクト比で形成されている。
【００１６】
第１，第２結像レンズ１３，１４は、図１に示すように、ロッドインテグレーター１２の光路下流側に配設される。そして、第１，第２結像レンズ１３，１４は、第１，第２フィールドレンズ１８，１９及び第１，第２のリレー光学系１６，１７とともに、ロッドインテグレーター１２から出射された光束を透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂの各画像形成面上にそれぞれ結像させる。
ワイヤーグリッド１５は、図１に示すように、第１，第２結像レンズ１３，１４の光路下流側において、第１，第２結像レンズ１３，１４を介した光束の光軸に対して４５°傾斜して配設される。
【００１７】
そして、ワイヤーグリッド１５は、第１，第２結像レンズ１３，１４を介した光束を反射及び透過により分離し、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂに導く。
具体的に、ワイヤーグリッド１５は、格子構造に基づく回折により入射した光束を偏光分離する。そして、ワイヤーグリッド１５は、入射した光束のうち、Ｓ偏光成分の光束Ｌ１（図１）を反射させ、当該光束Ｌ１を透過型光変調装置３０Ａに導く。また、ワイヤーグリッド１５は、入射した光束のうち、Ｐ偏光成分の光束Ｌ２（図１）を透過させ、当該光束Ｌ２を反射型光変調装置３０Ｂに導く。
【００１８】
第１，第２のリレー光学系１６，１７は、図１に示すように、ワイヤーグリッド１５から反射型光変調装置３０Ｂに至る光束の光路中に配設され、ワイヤーグリッド１５から出射されたＰ偏光成分の光束Ｌ２を反射型光変調装置３０Ｂの画像形成面まで導光する。
そして、第１，第２のリレー光学系１６，１７は、照明効率を向上させるために、ロッドインテグレーター１２における光出射側の端面１２Ｂと反射型光変調装置３０Ｂの画像形成面とを光学的に共役とする結像関係を満足するように設計されている。
なお、本実施形態では、第１，第２のリレー光学系１６，１７を構成する各レンズは、屈折率が１．７以上の材料で構成されている。
【００１９】
〔カラーホイールの構成〕
図２は、カラーホイール２０の概略構成を示す図である。
カラーホイール２０は、図１に示すように、第１，第２のリレー光学系１６，１７の間に配設され、第１のリレー光学系１６を介した光束Ｌ２の光軸に平行となる回転軸ＲＡｘを中心として回転可能に構成されている。
そして、カラーホイール２０は、第１のリレー光学系１６を介した光束Ｌ２を時分割形式で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長領域の光束に分離する。
具体的に、カラーホイール２０は、図２に示すように、カラーフィルター２１を備える。
カラーフィルター２１は、カラーホイール２０の回転方向に沿って区切られた３つの扇型の領域に透過型色フィルター２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂがそれぞれ形成されている。
これら透過型色フィルター２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとしては、例えば、スパッター等の蒸着により誘電体多層膜を成膜することで形成できる。
【００２０】
ここで、透過型色フィルター２１Ｒは、Ｒの波長領域の光束（Ｒ色光）を透過させ、他の波長領域の光束を反射または吸収することで、Ｒ色光のみを出射する。
同様に、透過型色フィルター２１Ｇ，２１Ｂは、それぞれＧ，Ｂの波長領域の光束（Ｇ，Ｂ色光）を透過させ、他の波長領域の光束を反射または吸収することで、Ｇ色光またはＢ色光のみを出射する。
なお、本実施形態では、カラーフィルター２１は、反射型光変調装置３０Ｂの画像形成面（ロッドインテグレーター１２における光出射側の端面１２Ｂ）に対して光学的に共役となる共役面ＦＣ（図１）から光軸に沿ってずれた位置に配設されている。
そして、カラーホイール２０は、制御装置（図示略）により回転制御される。
例えば、制御装置は、入力する画像信号の同期信号に同期してカラーホイール２０を一定周波数で回転させる。このため、カラーホイール２０に入射した光束Ｌ２は、時間的に順次、Ｒ，Ｇ，Ｂ色光として出射される。
【００２１】
〔光変調装置の構成〕
透過型光変調装置３０Ａは、透過型の液晶パネルで構成され、図１に示すように、ワイヤーグリッド１５にて反射された光束Ｌ１（白色光）が入射される第１フィールドレンズ１８の光路下流側に配設される。
そして、透過型光変調装置３０Ａは、制御装置（図示略）による制御の下、入射した白色光を変調して画像信号に応じた画像（モノクロ階調の画像）を形成する。
なお、透過型光変調装置３０Ａの光路上流側には、図１に示すように、第１位相差板３１が配設されている。また、光路下流側には、第２位相差板３２が配設されている。
第１位相差板３１は、１／２波長板で構成され、第１フィールドレンズ１８を介したＳ偏光成分の光束Ｌ１をＰ偏光成分の光束に変換する。
また、第２位相差板３２も同様に、１／２波長板で構成され、透過型光変調装置３０Ａにて変調された画像（Ｓ偏光成分の光束）をＰ偏光成分の光束に変換する。
【００２２】
反射型光変調装置３０Ｂは、反射型の液晶パネルで構成され、図１に示すように、第２のリレー光学系１７の光路下流側に配設される。
なお、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂ間において、画素数及び画素ピッチは、同一に設定されているものである。
そして、反射型光変調装置３０Ｂは、以下に示すように、制御装置（図示略）により制御される。
【００２３】
例えば、制御装置は、カラーホイール２０の回転位置を検出するフォトセンサー等の検出部からの検出信号に基づいて、反射型光変調装置３０Ｂを制御する。
すなわち、制御装置は、カラーホイール２０の回転位置がＲ色光を出射する位置（透過型色フィルター２１Ｒに光束が入射している位置）にある場合には、画像信号に基づいて、入射したＲ色光を変調させ、Ｒ色光用の画像を反射型光変調装置３０Ｂに形成させる。
同様に、制御装置は、カラーホイール２０の回転位置がＧ，Ｂ色光を出射する各位置（透過型色フィルター２１Ｇ，２１Ｂに光束が入射している各位置）にある場合には、画像信号に基づいて、入射したＧ，Ｂ色光を変調させ、Ｇ，Ｂ色光用の画像を反射型光変調装置３０Ｂに形成させる。
結果として、反射型光変調装置３０Ｂは、時間的に順次、Ｒ，Ｇ，Ｂ色光の画像を出射することとなり、これら画像が時間的に混合されてカラー画像が得られる（所謂フィールドシーケンシャルカラー方式）
【００２４】
〔光合成装置の構成〕
光合成装置４０は、図１に示すように、偏光ビームスプリッターで構成され、透過型光変調装置３０Ａにて変調され第２位相差板３２を介したＰ偏光成分の光束Ｌ１を透過させる。また、光合成装置４０は、第２のリレー光学系１７及び第２フィールドレンズ１９を介したＰ偏光成分の光束Ｌ２を透過させ、反射型光変調装置３０Ｂにて変調されたＳ偏光成分の光束Ｌ２を反射させる。
すなわち、光合成装置４０は、以上のような透過及び反射により、透過型光変調装置３０Ａにて変調された光束Ｌ１と、反射型光変調装置３０Ｂにて変調された光束Ｌ２とを合成して、投射光学装置５０に出射する。
そして、投射光学装置５０は、光合成装置４０にて合成された光束をスクリーン（図示略）に投射する。
【００２５】
上述した本実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態のプロジェクター１では、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂの２つが設けられているので、２つの光変調装置３０Ａ，３０Ｂに応じた２つの光路のみを設けることで対応できる。
また、プロジェクター１がワイヤーグリッド１５を備えるので、ワイヤーグリッド１５を介して光源装置１１から出射された光束Ｌ１（白色光）を透過型光変調装置３０Ａに入射させ、透過型光変調装置３０Ａにモノクロ階調の画像を形成させることができる。
【００２６】
さらに、ワイヤーグリッド１５から反射型光変調装置３０Ｂに至る光束の光路中にカラーホイール２０が配設されているので、カラーホイール２０にて時分割形式で分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光を反射型光変調装置３０Ｂに入射させ、反射型光変調装置３０Ｂに時間的に順次、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光の画像を形成させることができる。すなわち、反射型光変調装置３０Ｂにて形成されたＲ，Ｇ，Ｂの各色光の画像は時間的に混合されてカラー画像となるため、反射型光変調装置３０Ｂにカラー画像を形成させることができる。
そして、プロジェクター１が光合成装置４０を備えるので、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂにて変調された光束Ｌ１，Ｌ２を光合成装置４０にて合成し、当該合成した光束を投射光学装置５０にてスクリーンに投射させることができる。
【００２７】
以上のように、２つの光変調装置３０Ａ，３０Ｂに応じた２つの光路のみを設けることで対応でき、従来のような複数のダイクロイックミラーを不要とするため、従来のような三板式のプロジェクターと比較して、光学系の簡素化が図れる。
また、反射型光変調装置３０Ｂにて形成されたカラー画像と透過型光変調装置３０Ａにて形成されたモノクロ階調の画像とを合成するので、例えば、光変調装置を１つのみ設け、当該１つのみの光変調装置にてカラー画像を形成する構成と比較して、コントラストを低下させることなく、高輝度のカラー画像を形成できる。
【００２８】
また、カラーホイール２０を構成するカラーフィルター２１は、共役面ＦＣから光軸に沿ってずれた位置に配設されている。
このことにより、カラーフィルター２１に異物等が付着した場合であっても、当該異物等による像がデフォーカスされて投影画像に映り込むことがない。また、カラーフィルター２１の回転動作についても、投影画像に影響を与えることがない。したがって、投影画像を良好に維持できる。
【００２９】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、本発明に係る導光装置として、ワイヤーグリッド１５を採用していたが、入射した光束を反射及び透過により分離する構成であれば、いずれの構成でもよく、例えば、光合成装置４０と同様の偏光ビームスプリッターを採用しても構わない。
同様に、光合成装置４０についても、透過型光変調装置３０Ａ及び反射型光変調装置３０Ｂにて変調された光束を合成する構成であれば、いずれの構成でもよく、例えば、ワイヤーグリッドを採用しても構わない。
【００３０】
前記実施形態では、カラーホイール２０を構成するカラーフィルター２１は、３つの透過型色フィルター２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備えていたが、これに限らない。
例えば、カラーフィルター２１としては、３つの透過型色フィルター２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの他、入射した光束（白色光）をそのまま透過させる透光領域を設けても構わない。
また、カラーフィルター２１としては、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの透過型色フィルター２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに限らず、シアン、マゼンダ、イエローの３つの透過型色フィルターを採用しても構わない。
【００３１】
前記実施形態では、本発明に係る色分離装置として、カラーホイール２０を採用していたが、ワイヤーグリッド１５から出射される光束Ｌ２を時分割形式で複数の色光に分離する構成であれば、その他の構成を採用しても構わない。
前記実施形態では、反射型光変調装置３０Ｂとして反射型の液晶パネルを採用していたが、これに限らず、マイクロミラーを用いたデバイス等、液晶以外の反射型光変調装置を採用しても構わない。
前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、プレゼンテーションやホームシアターに用いられるプロジェクターに利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・プロジェクター、１１・・・光源装置、１５・・・ワイヤーグリッド（導光装置）、２０・・・カラーホイール（色分離装置）、３０Ａ・・・透過型光変調装置、３０Ｂ・・・反射型光変調装置、４０・・・光合成装置、５０・・・投射光学装置。
【図１】
2013109134.tif 000003
【図２】
2013109134.tif 000004