JP2006301208A - 画像投影装置及び画像投影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広色域な画像投影が可能な画像投影装置及び画像投影方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光源５１と、この光源１からの光を情報に対応して変調する光変調部５２と、光変調部５２から出射される光を投影する投影光学部５３とを少なくとも有する画像投影装置５０であって、光源５１を、赤色帯域の光を出射する固体光源１と、放電ランプ２とより構成し、放電ランプ２から出射される赤色帯域の光の光量が調整される調整部５３Ａ、５４Ｂを設ける構成とする。赤色帯域の低波長帯域の光の光量を低減又は削除して、赤色光の広色域化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を光変調部により変調してスクリーンなどに投影して画像を表示する画像投影装置及び画像投影方法に関する。

液晶パネルやＤＭＤ(digital micromirrordevice)素子などの光変調素子を照明装置によって照明し、この空間光変調素子からの透過光、もしくは、反射光を投影レンズによってスクリーン上に投影するように構成された画像投影装置（光学式プロジェクタ）が知られている。この画像投影装置においては、光源からの光を赤、緑、青の波長帯域に分離して上述の光変調素子によってそれぞれ変調し、スクリーンに投射して重ね合わせることによって、カラーの画像表示を行っている。そしてこの画像投影装置に使われる光源としては、可視光領域で発光効率の高い超高圧水銀ランプが使われること多く、これを用いることにより効率良く照明光を出射することができるようになされている。

超高圧水銀ランプのスペクトルは図１０にその一例を示すように緑、青色波長帯域のスペクトルは非常にシャープであり、光強度も十分にある一方、赤色は相対的に光量が足りない状況にある。現状では、赤、緑及び青それぞれのカラーフィルタなどを用いて図１１に示すように、それぞれＳ１、Ｓ２及びＳ３で示す個別のスペクトルの光を用いてカラー表示を行っているが、赤色光に合わせて他の色の光の光量を調整しているため、全体として十分高い輝度のカラー表示を行い難い。

一方で、近年このような画像投影装置を含むディスプレイ全般に、広色再現領域を持ち、鮮やかな色彩を表現可能なディスプレイシステムが注目されている。このような広色域ディスプレイを画像投影装置で実現する方法の一例として、例えば以下に示す方法が考えられる。
第１に、光源として超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）を用い、その赤色のスペクトルのうち波長の短い領域、例えば５８０ｎｍから６１０ｎｍ付近のブロードなスペクトルを利用せず、それ以上の長波長側の光で色を表現する方法があげられる。しかしこの方法では赤色の光量が減ってしまい、それと色バランスを取るために、緑色、青色波長帯域の光も抑圧する必要があるため、全体の明るさが減少するといったデメリットがある。また、逆に明るさを確保するために高出力のランプを使うことも想定されるが、その場合は光源の寿命が短くなってしまうというデメリットがある。

第２に、可視光領域でスペクトルがブロードなキセノンランプを用いることが考えられる。キセノンランプを用いれば、ＵＨＰランプ程明るさを抑圧せずに色域を広げることが可能だが、赤外光と紫外光の一部にも連続したスペクトルがあるため、光利用効率が低く、高い消費電力が必要となるといったデメリットがある。
第３に、ＲＧＢ３色のＬＥＤ（発光ダイオード）、もしくは半導体レーザなどの固体光源を用いる方法が考えられる。しかし、ＬＥＤ光源では、近年多く利用される１インチ以下のサイズの光変調素子に十分な光量を与えることは困難であり、また、レーザ光源では、特に青色、緑色波長帯域において、小型、長寿命などといった要素を備え持ち、かつ、低価格であるレーザ光源を入手するのは困難である。

これに対し、赤色波長帯域を有する高出力レーザは、青色、緑色波長帯域をもつものに比べ比較的入手しやすい状況にあることを利用して、この赤色レーザ光源を組み合わせて、いわば２つの光源（主光源と副光源）を用いる画像投影システムが提案されている（例えば特許文献１〜３参照。）。
特開２００２−２９６６８０号公報 特開２００４−２２６６１３号公報 特開２００４−２６６８１３号公報

上記特許文献１〜３に記載の画像投影システムにおいては、光源が主光源と副光源から形成されており、主光源と副光源を単に合成（重畳）することにより、光の効率的な利用や色バランスの調整が図られている。しかし、特に広色域化という観点に立った場合、上述した超高圧水銀ランプなどの主光源に対して単に副光源としてレーザ光の光を合成（重畳）する方法では、その効果が視覚的に容易に認識できず、赤色帯域の色調が十分表示されないという問題がある。

以上の問題に鑑みて、本発明は、広色域な画像投影が可能な画像投影装置及び画像投影方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光源と、この光源からの光を情報に対応して変調する光変調部と、光変調部から出射される光を投影する投影光学部とを少なくとも有する画像投影装置であって、光源を、赤色帯域の光を出射する固体光源と、放電ランプとより構成し、放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量が調整される調整部を設ける構成とする。
また本発明の画像投影装置においては、上述の構成において、放電ランプから出射される光のうち、少なくとも固体光源の出射光の波長より短い波長帯域の光を調整部により低減又は削除する構成とする。
更に、本発明の画像投影方法は、赤色帯域の光を出射する固体光源と放電ランプとより光源を構成し、放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量を調整して固体光源から出射される光に重畳し、光変調部により変調して画像を投影する。

上述したように、本発明の画像投影装置及び画像投影方法においては、光源として赤色帯域の光を出射する固体光源と、放電ランプとを用いる構成とし、特に放電ランプの赤色帯域の光の光量を調整して画像投影を行うものであり、従来は赤色帯域の特に深い色を実現するのが困難であった画像投影装置において、後段の実施形態例において詳細に説明するように、広色域化を図ることができる。
特に、上述したように、放電ランプから出射される光のうち、固体光源の出射光の波長より短い波長帯域の光を低減又は削除することによって、確実に赤色帯域における広色域化を図ることができる。

以上説明したように、本発明の画像投影装置及び画像投影方法によれば、従来に比して赤色帯域において広色域化を図り、色表示性能において優れた画像投影装置、画像投影方法を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の各例に限定されるものではない。
以下の例においては、本発明の画像投影装置及び画像投影方法を、液晶パネルを光変調部に用いた例について説明する。
（１）第１の実施形態例
図１に、本発明の画像投影装置５０の第１の実施形態例の概略構成図を示す。
図１に示すように、この画像投影装置５０の光源５１は、赤色レーザダイオード等より成る固体光源１と、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ２より構成される。放電ランプ２には、その反射光がほぼ平行光となる反射曲面を有するリフレクター３が設けられ、この例においては、放電ランプ２は第１のダイクロイックミラー５と対向して、固体光源１の出射光の光軸と例えば９０°をなす光軸上に配置される。固体光源１の光出射側の光軸上には、コリメートレンズ４、第１のダイクロイックミラー５、第１フライアイレンズ６、第２フライアイレンズ７、偏光ビームスプリッター８、コンデンサーレンズ９、ダイクロイックミラー１０、第２のダイクロイックミラー１２、レンズ１５、ミラー１３がこの順に配置される。なお、第１及び第２のダイクロイックミラー５及び１２は、後述するように、それぞれ放電ランプ２からの赤色帯域の光の光量を調整する調整部５４Ａ、５４Ｂとして機能する。一方、ダイクロイックミラー１０の反射側にミラー１１が配置され、ミラー１１により例えば９０°光路を変換された光軸上にフィールドレンズ１７Ｂ及び液晶パネル１８Ｂが配置される。第２のダイクロイックミラー１２の反射側にも同様にフィールドレンズ１７Ｇ及び液晶パネル１８Ｇ、またミラー１３の反射側にレンズ１６を介してミラー１４が配置され、このミラー１４により光路を例えば９０°変換された光軸上にフィールドレンズ１７Ｒ、液晶パネル１８Ｒが配置され、光変調部５２が構成される。各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ及び１８Ｂの光出射側にクロスプリズム１９が配置され、その光出射側に投影レンズ２０等より成る投影光学部５３が配置される。

このように、本発明の画像投影装置５０においては、光源５１は第１の光源である赤色レーザダイオード等より成る固体光源１、第２の光源である超高圧水銀ランプ等を利用した放電ランプ２の２つの光源より構成する。ここで、固体光源１の例えば赤色レーザダイオードとしては、例えば発振波長が６４５ｎｍ近傍、半値全幅が１．５ｎｍ程度のものを用いることができる。このような赤色レーザダイオードは、非常に単色性の高い光源である。一方、第２の光源として用いる放電ランプ２としては、超高圧水銀ランプが利用可能であり、その出射光は前述の図１０において示したように、青色、緑色波長帯域にはシャープなスペクトルを有するが、赤色波長帯域はブロードなスペクトルになっている。

図１に示す構成において、赤色レーザダイオード等より成る固体光源１から出射された光束は、コリメートレンズ４によりほぼ平行光となり、ダイクロイックミラー５に入射し、ダイクロイックミラー５ではその大部分が透過する。超高圧水銀ランプ等の放電ランプ２から出射された光束は、リフレクター３によってほぼ平行光となり、ダイクロイックミラー５に入射する。このダイクロイックミラー５の後述する特性により、一部の光束は透過し、他の光束は反射する。
ダイクロイックミラー５を透過した固体光源１からの光束、および、ダイクロイックミラー５で反射された放電ランプ２からの光束は、第１フライアイレンズ６、第２フライアイレンズ７に入射する。第１及び第２のフライアイレンズ６及び７は、光源からの入射光に関し、光束の空間分布を均一化する作用を有する。第１及び第２のフライアイレンズ６及び７を透過した光束は、偏光ビームスプリッター８に入射し、ここで偏光方向がある特定の方向にそろえられる。偏光ビームスプリッター８を透過した光束は、コンデンサーレンズ９によって集光されて、ダイクロイックミラー１０に入射する。

ダイクロイックミラー１０は、青色波長帯域の光束を反射し、緑色、赤色波長帯域の光束を透過する。この透過光の出射側に配置するダイクロイックミラー１２では、緑色波長帯域の光束を反射し、赤色波長帯域の光束を透過する。これらの作用によって、固体光源１及び放電ランプ２から出射された光束は、赤、緑及び青色の光に分割される。分割された光束はそれぞれミラー、レンズを介して光変調部５２のそれぞれの色を担当する透過型の光変調部、この例では液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ及び１８Ｂに入射される。すなわちこの場合、青色の光束はミラー１１に反射され、フィールドレンズ１３を介して青色光を変調する液晶パネル１８Ｂに入射される。緑色光は、フィールドレンズ１７Ｇを介して緑色光を変調する液晶パネル１８Ｇに入射される。赤色光は、レンズ１５、ミラー１３、レンズ１６を介してミラー１４に反射されて、フィールドレンズ１７Ｒを介して赤色光を変調する液晶パネル１８Ｒに入射される。
この透過型の液晶パネルより成る光変調部５２によって画像変調された赤色、緑色及び青色波長帯域それぞれの光束は、光を合成するクロスプリズム１９によって合成され、投影レンズ２０等より成る投影光学部５３で例えばスクリーン（図示せず）に投影される。

この実施形態例においては、光源５１の第２の光源である放電ランプ２の赤色帯域の光の光量を、第１及び第２のダイクロイックミラー５及び１２より構成される調整部５４Ａ、５２Ｂにより調整するものである。
この例においては、青色、緑色を担当する光変調部である液晶パネル１８Ｂ、１８Ｇに対しては、第２の光源である放電ランプ２から発光した光束が入射する構成とする。さらに赤色を担当する光変調部である液晶パネル１８Ｒに対しては、第１光源である固体光源１からの光束のみが入射する構成とする。このような構成とした場合の投影レンズ２０を透過後の光束のスペクトルの一例を図２に示す。
このように、赤色を担当する光変調部に対し、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ２からの光を入射させず、赤色レーザダイオード等の固体光源１のみの光を入射させる場合は、図２において、青色帯域、緑色帯域、赤色帯域の光のスペクトルをそれぞれＳＢ、ＳＧ及びＳＲで示すように、それぞれ比較的シャープなスペクトルとなる。これらの各色光によりカラー表示を行うことによって、非常に広色域な投影装置を実現することができる。
本実施形態例においては、白色表示時の色温度は９０００Ｋと設定したとき、赤色表示時の色度座標はｘ＝０．７２３、ｙ＝０．２７７程度となり、従来の超高圧水銀ランプのみを使った画像投影装置や、超高圧水銀ランプの赤色不足分を単色光源（レーザやＬＥＤ）の光を重畳してカラー表示を行う画像投影装置と比較して、広色域化を図った高性能な画像投影装置を実現することができる。

これに対して、超高圧水銀ランプ等の放電ランプに赤色半導体レーザ等の固体光源からの赤色光を単純に合成する場合について検討した。この結果を以下に示す。
この場合、主光源として超高圧水銀ランプを用いて、副光源として、６４５ｎｍ付近にピーク波長があり、半値全波長幅が１．５ｎｍ程度の半導体レーザを用いるとする。超高圧水銀ランプは、緑色波長帯域の光は十分にあるが、相対的に青色波長帯域の光は小さく、更に赤色波長帯域の光の光量が小さい。
これら主光源と副光源の光束を合成（重畳）する場合、６４５ｎｍ以下、現実的には６３０ｎｍ付近に分離波長を有するダイクロイックミラーを利用してこれらの光束を合成する構成となる。この場合のスクリーン上での白色表示時のスペクトルの一例を図３に示す。図３に示すように、青色光、緑色光のスペクトルＳＢ、ＳＧは図２に示す例と同様であるが、赤色帯域の光としては、ＳＲで示す半導体レーザ等の光のスペクトルに加えて、短い波長帯域のスペクトルＳＲ１があらわれる。図３の例は、超高圧水銀ランプと半導体レーザとの光路の合成に用いるダイクロイックミラーとして、透過率５０％波長を６３０ｎｍ程度としたものである。また、白色表示時の色温度は９０００Ｋと設定した。
この場合、赤色表示時の色度座標はｘ＝０．６６５程度、ｙ＝０．３３程度となる。これらの値は一般に市販されている画像投影装置とそれほど変わらず、色域の広さというにはあまりにも不十分である。またいわゆる広色域ディスプレイと言われるもの、例えば３原色ＬＥＤを用いた直視型液晶ディスプレイや、キセノンランプを用いた映写機・画像投影装置と比べても色域が広いというには不十分である。

本発明者等は、この色域の問題が、特に赤色帯域の低波長側の帯域の色の混色によるものであることを究明し、放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量を調整することによって、広色域化が可能となることを見出した。
そして光量を調整する方法としては、例えば第１及び第２のダイクロイックミラーより成る調整部を用いることができる。
すなわち、図１に示す画像投影装置５０において、固体光源１と放電ランプ２の光路を合成する第１のダイクロイックミラー５と固体光源１と放電ランプ２の光路を分離する第２のダイクロイックミラー１２との透過率特性を、放電ランプ２の出射光の赤色帯域の光の調整量に対応して適切に選定することによって、所望の波長帯域の光を良好に調整して、固体光源1からの赤色光に合成して光変調部に入射させることが可能である。

上記第１の実施形態例においては、第１のダイクロイックミラーの透過率５０％波長を５６５ｎｍ、第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長を６００ｎｍとした。
すなわちこの場合、第１のダイクロイックミラーの透過率５０％波長、すなわち分離波長λ１に対し、第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長、すなわち分離波長λ２を、
λ１＜λ２
と選定する。
つまり、第１のダイクロイックミラーによって、固体光源１及び放電ランプ２から出射される光を合成し、第２のダイクロイックミラーによって、固体光源１から出射される光と放電ランプ２から出射される光を分離する。この場合は、放電ランプ２から出射された光は赤色光を変調する液晶パネルには到達しない構成とするものである。
これにより、前述の図２に示すように、放電ランプ２から出射される赤色帯域の光のうち、固体光源１から出射される光の波長より低波長側の光の光量を低減又は削除、この例においては殆ど削除する構成として、上述したように、従来にない広い色域の表示を実現することができる。なお、削除する場合は、例えば上述の透過率５０％波長が５６５ｎｍの第１のダイクロイックミラーに対して、第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長は、この第１のダイクロイックミラーで反射した放電ランプ２からの光を全て反射し、固体光源１からの光は全て透過すればよく、５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度であればよい。

またこの実施形態例においては、青色、緑色を担当する光変調部である液晶パネルに入射する光束は第２光源である放電ランプ２から、赤色を担当する光変調部である液晶パネルに入射する光束は第１光源である固体光源１からの光しか入射しないにも関わらず、一度第１のダイクロイックミラー５により光路を合成している。このように、一度光路を合成する場合は、光路を合成せず、それぞれの光路から各色を担当する光変調部に入射させる構成とする場合と比べて、より装置が簡略になり、高性能で小型な画像投影装置を実現することが可能となる。

（２）第２の実施形態例
この例においては、上述の第１の実施形態例と同様に、図１に示す構成の画像投影装置５０とするもので、第１光源として赤色レーザダイオード等の固体光源１と第２の光源として超高圧水銀ランプ等の放電ランプ２を用いて光源５１を構成し、放電ランプ２の赤色帯域の光の調整を、同様に第１及び第２のダイクロイックミラー５及び１２より成る調整部５４Ａ、５４Ｂにより行う例を示す。
そして本実施形態例においては、ダイクロイックミラー５及び１２の透過率特性を上記第１実施形態例とは異ならせて、放電ランプ２から出射される赤色帯域の光を僅かに固体光源１から出射される赤色光に合成して、光変調部５２に入射される構成とした例を示す。
図４Ａ〜Ｃに、本実施形態例の画像投影装置における調整部として利用可能なダイクロイックミラーの各例の透過率特性を示す。

図４Ａにおいては、透過率５０％波長を５７０ｎｍとした場合（ダイクロイックミラータイプＡとする。）、図４Ｂにおいては、透過率５０％波長を５７５ｎｍとした場合（ダイクロイックミラータイプＢとする。）、図４Ｃにおいては、透過率５０％波長を５８０ｎｍとした場合（ダイクロイックミラータイプＣとする。）の各透過率特性を示す。
ここで、固体光源１と放電ランプ２の光路を合成する第１のダイクロイックミラー５として、透過率５０％波長が５７０ｎｍ付近に設定されており、１０％透過の波長から９０％透過の波長までの波長幅が１５ｎｍ程度である上述のタイプＡに相当するダイクロイックミラーを用いるとする。
また、固体光源１と放電ランプ２の光路を分離するダイクロイックミラー１２として、透過率５０％波長が５７５ｎｍ付近に設定されており、１０％透過の波長から９０％透過の波長までの波長幅が同じく１５ｎｍ程度である上述のタイプＢに相当するダイクロイックミラーを用いるとする。

このとき、超高圧水銀ランプより成る放電ランプ２から出射された波長５７５ｎｍの光束は、第１のダイクロイックミラー５で２０％程度が反射し、更に第２のダイクロイックミラー１２で５０％が透過するため、１０％程度が赤色を担当する光変調部、すなわち液晶パネル１８Ｒに入射することになる。また、波長５８０ｎｍの光を考えた場合、第１のダイクロイックミラー５をほぼすべてが透過するため、赤色担当の光変調部である液晶パネル１８Ｒには入射しない。この場合、第１のダイクロイックミラーにより固体光源１及び放電ランプ２から出射される光が合成され、第２のダイクロイックミラーにより、固体光源１から出射される光及び放電ランプ２から出射される一部の赤色帯域の光と、放電ランプ２から出射される残りの波長帯域の光とが分離される構成となる。
このような構成、すなわち上述の図４Ａに示すタイプＡのダイクロイックミラーを第１のダイクロイックミラー５として用い、図４Ｂに示すタイプＢのダイクロイックミラーを第２のダイクロイックミラー１２として用いる構成とする場合のスペクトルを図５に示す。
図５から明らかなように、この場合光変調部５２に入射する光のスペクトルのうち青色及び緑色は、上述の図２に示す例と同様であり、赤色帯域の光は、赤色レーザダイオード等の固体光源１による実線ＳＲで示すシャープなピークに加え、赤色帯域の比較的低波長側において僅かに強度を有する実線ＳＲ２で示すピークが合成されたスペクトルを実現できることとなる。なお、この例においては、前述の第１の実施形態例と同様に、固体光源１として波長は６４５ｎｍ近傍、半値全幅１．５ｎｍ程度の赤色レーザダイオードを用いた場合を示す。
この場合、上述の例と同様に、白色表示時の色温度を９０００Ｋと設定したとき、赤色表示時の色度点としてｘ＞０．６８を実現することができた。

通常、色純度の高い赤色レーザダイオード等の固体光源に対し、より色純度の低い短波長の光を混ぜた場合、その光量がわずかであっても、ｘｙ表色系上での色度は急激に白色側に近づく方向、つまりｘが小さく、ｙが大きくなってしまい、広色域という特徴が出せなくなってしまう。
どの程度の広色域が実現されることが画像投影装置として好ましいかというのは、視聴者の主観に依存する部分であり確固たる目安があるわけではないが、いろいろな色度点を持つ画像投影装置を複数試作し、それにより表示される静止画、動画などを含めた映像を評価した結果、赤色の色度点がｘ＞０．６８とされることが１つの目安となるとの結論を得た。
これを実現するために、赤色を表示した場合の超高圧水銀ランプ等の放電ランプの光量（ワット）を、赤色レーザダイオード等の固体光源の光量（ワット）に対しどの程度小さくすべきかは、当然固体光源の出射波長例えば赤色レーザダイオードの発振波長、放電ランプ例えば超高圧水銀ランプのスペクトルなどに依存する。
固体光源の出射波長としては、長波長（例えば６５０ｎｍ以上）では視感度が小さく明るい投影装置を実現することが困難なこと、および短波長（例えば６４０ｎｍ以下）では、例えば高出力レーザダイオードの実現が困難であること、広色域という特徴が得られにくいことなどを考慮すると、赤色光を出射する固体光源、特にレーザダイオードの波長としては６４０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下が適している。
そしてこの場合、超高圧水銀ランプ等の放電ランプの光量（ワット）は、赤色レーザダイオード等の固体光源の光量（ワット）に比して低ければ色域の問題を改善することができるが、０％以上５０％以下するときに、確実にｘｙ表色系における赤色表示時の色度点をｘ＞０．６８とする画像投影装置を実現することができる。

上述したように、放電ランプの光量を調整する調整部として例えば二つのダイクロイックミラーを用い、これら各ダイクロイックミラーの特性を適切に選定することによって、赤色を担当する光変調素子に対し、赤色固体光源と放電ランプの赤色帯域の光の合成量を精度良く調整することが可能である。例えば、上述の図４Ａ〜Ｃに示す各タイプのダイクロイックミラーを例えば下記の表１に示す組み合わせとして用いる場合、図６に示すように、放電ランプの赤色帯域の光の透過光量、すなわち固体光源の出射光に合成する光量をそれぞれ実線ａ〜ｃで示すように調整することができる。

図６から明らかなように、タイプＡのダイクロイックミラーを図１の構成において第１のダイクロイックミラーとして用い、タイプＢのダイクロイックミラーを第２のダイクロイックミラーとして用いる場合（例１、実線ａ）と比べ、タイプＢのダイクロイックミラーを第１及び第２のダイクロイックミラーに用いる場合（例２、実線ｂ）、さらに、タイプＣのダイクロイックミラーを第１のダイクロイックミラーとして用い、タイプＢのダイクロイックミラーを第２のダイクロイックミラーとして用いる場合（例３、実線ｃ）を比較すると、例１より例２、また例２より例３の場合のほうが、放電ランプからの赤色帯域光の透過光量、すなわち固体光源の出射光に合成する光量が大となることがわかる。
また、これらの組み合わせに限定されることなく、二つのダイクロイックミラーを用いる場合は、その透過率特性をどのように選定して、またその配置をどの位置にするかによって、放電ランプからの赤色帯域光の調整量を精度良く調整することができる。

上述の第１の実施形態例においては、スクリーン上に赤色を表示した際の放電ランプ２の光の光量は、固体光源１からの出射光の光量に対して、略０％であった。
また、上述の第２の実施形態例においては、スクリーン上に赤色を表示した際の放電ランプ２の光の光量は、固体光源１からの出射光の光量に対して、３％程度であり、各例ともに、ｘ＞０．６８を達成し、従来に比して広色域化を図ることができた。
なお、前述の図３に示す放電ランプの赤色帯域の光の光量を調整することなく、固体光源からの出射光に合成した例においては、その光量比は、１５％程度であり、この場合は上述したように、色度座標はｘ＝０．６６５程度、ｙ＝０．３３程度であって、従来の画像投影装置と同程度であり、広色域化には不十分である。

また、第１及び第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長を調整して、スクリーン上に赤色を表示した際の放電ランプ２の光の光量を、固体光源１からの出射光の光量に対して９％としたときに、その赤色表示時の色度点はｘ＝０．６８２であった。
すなわち、上述の各例におけるように、発振波長６４５ｎｍの赤色レーザダイオードを固体光源として用い、放電ランプとして超高圧水銀ランプを用いる場合においては、放電ランプ２から出射され投影光学部５３を透過した後の赤色帯域の光の出力を、固体光源１から出射され投影光学部５３を透過した後の出力の０％以上１０％以下とするときに、確実に、赤色表示時の色度点ｘ＞０．６８を実現できることがわかる。
一方、固体光源として、例えばより長波長の発振波長を有する高出力レーザを用いる場合や、または放電ランプとして超高圧水銀ランプとは異なるスペクトルの光源を用いる場合、更に、投射光学部の構成、スクリーンとして用いるディスプレイのコントラスト等の調整によって、上述の出力比が１０％を超える値とされる場合においても、赤色表示時の色度点ｘ＞０．６８を実現することが可能である。しかしながら、この出力比が５０％を超える場合は、放電ランプからの出射光のうち、固体光源からの出射光の波長より短い波長帯域の光の影響を抑制することが難しく、赤色表示時の色度点ｘ＞０．６８を達成することは難しいと考えられる。
したがって、本発明においては、放電ランプ２から出射され投影光学部５３を透過した後の赤色帯域の光の出力を、固体光源１から出射され投影光学部５３を透過した後の出力の０％以上５０％以下に選定するものである。
なお、このように放電ランプの光の光量を調整する調整部としては、その他ホログラムなど、またダイクロイックミラーとビームスプリッターとの組み合わせなど、種々の光学部品を利用することが可能である。

（３）第３の実施形態例
次に、光変調部として、反射型の液晶パネルを用いた例を示す。
図７においては第３の実施形態例による画像投影装置の一例の概略構成図を示し、図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。
この例においても、光源５１としては、赤色半導体レーザダイオード等より成る固体光源１と放電ランプ２とを用いる。固体光源１の出射側の光軸上には、コリメートレンズ４、第１フライアイレンズ６Ａ、第２フライアイレンズ７Ａ、コンデンサーレンズ９Ａを介して、第１のダイクロイックミラー３１が配置される。
放電ランプ２は、その出射光の光軸が固体光源１の出射光の光軸とほぼ平行となるように配置される。放電ランプ２の出射側には、第１フライアイレンズ６Ｂ、第２フライアイレンズ７Ｂ、変更ビームスプリッター８、コンデンサーレンズ９Ｂを介して赤色帯域の光を分離して反射する第２のダイクロイックミラー３２と、青色光、緑色光を反射するダイクロイックミラー３３とが合成されて配置される。
そしてこの場合においても、第１及び第２のダイクロイックミラー３１及び３２が、放電ランプ２からの赤色帯域の光の光量を調整する調整部５４Ａ、５４Ｂとされる。
第１のダイクロイックミラー３１の光出射側には、赤色光用フィールドレンズ、偏光分離素子２３Ｒが配置され、偏光分離素子２３Ｒにより光路を例えば９０°変換された光軸上に赤色光に対応する反射型の液晶パネル１８Ｒが配置される。

また、放電ランプ２の出射側に配置されるダイクロイックミラー３３の反射側に、光軸を例えば９０°変換された位置にミラー１１が配置され、このミラー１１により例えば９０°光路を変換された位置に例えば緑色光を反射するダイクロイックミラー３４が配置される。このダイクロイックミラー３４の反射側にはフィールドレンズ１７Ｇを介して偏光分離素子２３Ｇが配置され、偏光分離素子Ｇにより光路を例えば９０°変換された位置に緑色光に対応する液晶パネル１８Ｇが配置される。
また、ダイクロイックミラー３４の透過側にフィールドレンズ１７Ｂを介して偏光分離素子２３Ｂが配置され、偏光分離素子２３Ｂにより光路を例えば９０°変換された位置に、青色光に対応する反射型の液晶パネル１８Ｂが配置される。これら液晶表示パネル１８Ｒ、１８Ｇ及び１８Ｂによって、画像情報に対応して光を変調する光変調部５２が構成される。
各液晶パネル１８Ｒ、１８Ｇ及び１８Ｂが反射された光の光軸上の偏光分離素子２３Ｒ、２３Ｇ及び２３Ｂを介した位置にクロスプリズム１９が配置され、その出射側に投影レンズ２０等が配置されて投影光学部５３が構成される。

この場合においても、固体光源１の例えば赤色レーザダイオードとしては、例えば発振波長が６４５ｎｍ近傍、半値全幅が１．５ｎｍ程度のものを用いることができる。第２の光源として用いる放電ランプ２としては、前述の各実施形態例と同様に、超高圧水銀ランプが利用可能である。

このような構成において、第１光源である固体光源１から出射された光束は、コリメートレンズ４によりほぼ平行光となり、第１及び第２フライアイレンズ６Ａ及び７Ａにより光束の空間分布を均一化され、コンデンサーレンズ９Ａにより集光されて、第１のダイクロイックミラー３１に入射し、この第１のダイクロイックミラー３１ではその大部分が透過する。第２光源である超高圧水銀ランプ等の放電ランプ２から出射された光束は、同様にリフレクター３によりほぼ平行光となり、第１及び第２フライアイレンズ６Ｂ及び７Ｂにより光束の空間分布を均一化され、偏光ビームスプリッター８により偏光方向をそろえられ、コンデンサーレンズ９Ｂにより集光されて第２のダイクロイックミラー３１に入射する。この第２のダイクロイックミラー３２において、特定の波長帯域の光が透過され、残りの光が反射されて、第１のダイクロイックミラー３１に入射される。

ここで、第１のダイクロイックミラー３１は、上述したように固体光源１から出射される光に対しては、その大部分を透過し、一方、第２のダイクロイックミラー３２から反射されてこの第１のダイクロイックミラー３１に入射した光は、特定の波長帯域の光を反射して、残りの光を透過するように調整する。
例えば、第１のダイクロイックミラー３１は、例えば分離波長を５７５ｎｍとし、これより長波長側の光を透過させ、短波長側の光を反射する構成とする。つまりこの場合、固体光源１側の面においては、赤色レーザダイオード等の６４５ｎｍ近傍の光を透過させ、第２のダイクロイックミラー３２と対向する側の面においては、５７５ｎｍ程度以上の波長の光を反射する特性とする。
また、第２のダイクロイックミラー３２においては、例えば分離波長を５７０ｎｍ程度とし、５７０ｎｍ程度以上の赤色光を反射する構成とする。
このように、調整部５４Ａ、５４Ｂを構成する第１及び第２のダイクロイックミラー３１及び３２の透過ないしは反射波長特性、すなわち分離波長を適宜選定することによって、最終的に赤色光に対応する光変調部に達する赤色帯域の光の放電ランプ２から出射される光の光量を良好に調整することができる。

そして、上述したように光量を調整された赤色光は、赤色光を変調するフィールドレンズ１７Ｒ、偏光分離素子２３Ｒを介して液晶パネル１７Ｒによって、画像情報に対応して変調される。
一方、放電ランプ２から出射される光のうち緑色光、青色光は、ダイクロイックミラー３３により反射され、ミラー１１により反射されてダイクロイックミラー３４により各色光が分離されて、それぞれ緑色光、青色光を変調するフィールドレンズ１７Ｇ及び１７Ｂ、偏光分離素子２３Ｇ及び２３Ｂを介して液晶パネル１８Ｇ、１８Ｂにより画像情報に対応して変調される。変調された各色光がクロスプリズム１９において合成され、投影レンズ２０等より成る投影光学部５３で例えばスクリーン（図示せず）に投影される。

本実施形態例においても、上述したように、第１及び第２のダイクロイックミラー３１及び３２の分離特性を選定して構成することによって、上述の第２の実施形態例と同様に、赤色の色度点としてｘ＞０．６８を実現することができた。
また、この場合においては、放電ランプの赤色帯域の光の光量比は、３％程度であった。

また、この第３の実施形態例は、固体光源１及び放電ランプ２からの出射光はそれぞれその光軸上に第１及び第２フライアイレンズ、コンデンサーレンズを配置し、これらの光学系を別個に構成した例である。
一般に、放電ランプには２００℃程度の温度が要求されるのに対して、レーザダイオード等においては２０℃程度が要求されるため両者の熱設計が難しくなる。本実施形態例においては、第１及び第２フライアイレンズ、コンデンサーレンズを別個に配置することによって、第１フライアイレンズと第２フライアイレンズとの距離をある程度保つ設計が必要であるが、その分各光源の距離を十分取ることができるので、熱設計は分離して行えるという利点を有する。

以上説明したように、本発明の画像投影装置及び画像投影方法によれば、第１光源である固体光源と、第２光源である放電ランプとの赤色帯域の光の光量を調整して合成することによって、従来困難であったより広い色域のカラー画像投影が可能となる。
さらに、本発明構成の画像投影装置及び画像投影方法においては、以下の利点を有する。
一般に、従来の画像投影装置に用いられる超高圧水銀ランプは、赤色帯域の光を十分反射させるために、そのリフレクター３の反射特性は特殊な構造とされる。図８に従来の放電ランプのリフレクターの一例における反射率特性を示す。図８においては、実線Ｓは超高圧水銀ランプから出射される光のスペクトル、実線Ｒ１は、リフレクターの反射特性を示す。図８に示すように、従来は反射膜の反射率は波長６７０ｎｍ〜６８０ｎｍ程度まで十分高い反射率を有し、波長６８０ｎｍ程度において急激に反射率が低減する特性とするために、その膜構造はきわめて複雑な構造であり、高価なものとなっている。
これに対し、本発明の画像投影装置、画像投影方法に用いる放電ランプとしては、その赤色帯域の光は調整部において所望の光量比に調整する構成とされ、またその光量比も１０％程度以下と比較的低い光量で十分であり、放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量、すなわちリフレクターによる反射光量を大とする必要はない。
したがって、本発明の画像投影装置、画像投影方法に用いる放電ランプのリフレクターの反射特性としては、少なくとも一部の赤色帯域の光の反射率を、他の波長帯域、すなわち青色帯域及び緑色帯域の光の反射率に比して低く選定することができ、例えば図９において実線Ｒ２で示すように、赤色帯域において比較的なだらかに反射率が低下する特性であっても問題がない。
このため、従来のリフレクターの反射膜においては３０層程度以上必要であった層数が、本発明の画像投影装置に用いるリフレクターにおいては、２０数層で反射膜を構成することができる。また、膜質の管理も従来に比して非常に簡易化することができ、大幅なコストの低減化を実現することができる。

以上述べたように、本発明の画像投影装置、画像投影方法によれば、光源として、赤色レーザダイオード等の固体光源と、超高圧水銀ランプ等の放電ランプとを用い、青色、緑色光を担当する光変調部には超高圧水銀ランプからの光束、赤色光を担当する光変調部には固体光源からの光束に、放電ランプからの赤色帯域の光の光量を削除又は低減して調整した光束が合成された光が入射することにより、広色域で性能の優れた画像投影装置を実現することができる。

なお、本発明の画像投影装置及び画像投影方法は、上述の各実施形態例に限定されるものではなく、光源の構成、また光源と各光学部品の配置構成等において種々の変更が可能であり、また光変調部としては、透過型及び反射型の液晶パネルに限定されるものではなく、ＤＭＤなどの反射型光変調素子など、種々の光変調部を利用することができる。

本発明の画像投影装置の一実施形態例の概略構成図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の光変調部に入射する光束のスペクトルを示す図である。 比較例による画像投影装置の光変調部に入射する光束のスペクトルを示す図である。 Ａはダイクロイックミラーの一例の透過率特性を示す図である。Ｂはダイクロイックミラーの一例の透過率特性を示す図である。Ｃはダイクロイックミラーの一例の透過率特性を示す図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の光変調部に入射する光束のスペクトルを示す図である。 ダイクロイックミラーの組み合わせの各例に対する透過率特性を示す図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の概略構成図である。 放電ランプの一例のスペクトル及びリフレクターの反射特性を示す図である。 放電ランプの一例のスペクトル及びリフレクターの反射特性を示す図である。 放電ランプの一例のスペクトルを示す図である。 放電ランプの一例のカラーフィルタ通過後のスペクトルを示す図である。

符号の説明

１．固体光源、２．放電ランプ、３．リフレクター、４．コリメートレンズ、５．第１のダイクロイックミラー、６．第１フライアイレンズ、７．第２フライアイレンズ、８．偏光ビームスプリッター、９．コンデンサーレンズ、１０．ダイクロイックミラー、１１．ミラー、１２．第２のダイクロイックミラー、１３．ミラー、１４．ミラー、１５．レンズ、１６．レンズ、１７Ｒ．フィールドレンズ、１７Ｇ．フィールドレンズ、１７Ｂ．フィールドレンズ、１８Ｒ．液晶パネル、１８Ｇ．液晶パネル、１８Ｂ．液晶パネル、１９．クロスプリズム、２０．投影レンズ、３１．第１のダイクロイックミラー、３２．第２のダイクロイックミラー、３３．第３のダイクロイックミラー、５０．画像投影装置、５１．光源、５２．光変調部、５３．投影光学部、５４Ａ．調整部、５４Ｂ．調整部

Claims (10)

1. 光源と、上記光源からの光を情報に対応して変調する光変調部と、上記光変調部から出射される光を投影する投影光学部とを少なくとも有する画像投影装置であって、
   上記光源は、赤色帯域の光を出射する固体光源と、放電ランプとより成り、
   上記放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量が調整される調整部が設けられて成る
   ことを特徴とする画像投影装置。
2. 上記放電ランプから出射される光のうち、少なくとも上記固体光源の出射光の波長より短い波長帯域の光が上記調整部により低減又は削除される
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
3. 上記放電ランプから出射され上記投影光学部を透過した後の赤色帯域の光の出力が、上記固体光源から出射され上記投影光学部を透過した後の出力の０％以上５０％以下とされて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
4. 上記調整部が、少なくとも第１及び第２のダイクロイックミラーより成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
5. 上記第１及び第２のダイクロイックミラーの分離波長がそれぞれλ１、λ２とされ、
   λ１＜λ２
   とされて成る
   ことを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
6. 上記第１及び第２のダイクロイックミラーのうち少なくとも一方により、上記固体光源から出射される光と上記放電ランプから出射される光が合成され、
   残りのダイクロイックミラーによって、上記固体光源から出射される光と、上記放電ランプから出射される光が分離される構成とされた
   ことを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
7. 上記第１及び第２のダイクロイックミラーのうち少なくとも一方により、上記固体光源から出射される光と上記放電ランプから出射される光が合成され、
   残りのダイクロイックミラーによって、上記固体光源から出射される光及び上記放電ランプから出射される一部の赤色帯域の光と、上記放電ランプから出射される残りの波長帯域の光とが分離される構成とされた
   ことを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
8. 上記固体光源が赤色レーザダイオードより成り、
   その発振波長が６４０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下とされる
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
9. 上記放電ランプはリフレクターを有し、
   上記リフレクターは、少なくとも一部の赤色帯域の反射率が、他の波長帯域の反射率に比して低く選定されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
10. 赤色帯域の光を出射する固体光源と放電ランプとより光源を構成し、
    上記放電ランプから出射される赤色帯域の光の光量を調整して上記固体光源から出射される光に重畳し、光変調部により変調して画像を投影する
    ことを特徴とする画像投影方法。
    
    
    

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