JP2008020707A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】様々な光源からの光源光を有効に活用することができ、明るい画像を投射することができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光源ランプユニット２０からの光源光は、第１ホイール４１によって、第１偏光と、第２偏光とに分離される。そして、第２ホイール４２によって、第１偏光のタイミングで赤光と緑光とに分離され、第２偏光のタイミングで青光と黄光とに分離される。第２ホイール４２を経た照明光のうち、赤光及び緑光は、偏光ビームスプリッタ６１によって、第１液晶パネル６４ａに入射し、ここで順次光変調されて赤色の像光と緑色の像光とが形成される。一方、青光及び黄光は、偏光ビームスプリッタ６１によって、第２液晶パネル６４ｂに入射し、ここで順次光変調されて青色の像光と黄色の像光とが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置を用いてカラー画像を投射するプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、光源からの光をＲＧＢの３色の光路に分離し、各光路に個別に設けた３つの液晶パネルを各色でそれぞれ照明するものが存在する（特許文献１参照）。

また、従来のプロジェクタとして、光源からのＲＧＢの３色に対応するフィルタ領域を設けたカラーホイールを備え、光源光を３色に時系列的に分離するとともに、単一のマイクロミラーデバイス等を各色で順次照明するものが存在する（特許文献２参照）。
特２０００−２４１９２７号公報 特２００５−１４０８３９号公報

しかし、光源光をＲＧＢの３光路に分離する前者のプロジェクタでは、分離された光を有効に利用できず色域が狭くなる等、様々なスペクトルピークを有する光源光を十分に活用できないという事情がある。

また、光源光をカラーホイールによって時系列的に分離する後者のプロジェクタでは、特定色の像光を投射している間に他の色が遮光されるため、一般に暗い画像が投射される。

そこで、本発明は、様々な光源からの光源光を有効に活用することができ、明るい画像を投射することができるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）可視域において所定のスペクトル分布を有する光源と、（ｂ）光源からの光を第１偏光と第２偏光とに分離する偏光分離部と、（ｃ）偏光分離部を経た光源のスペクトルピークに対応する４色以上の色成分を、経時的に切り替わる２群以上の色光に分離するカラーホイールと、（ｄ）カラーホイールを経た２群以上の色光を、そのままの又は組み替えられた状態で導く２以上の光路と、（ｅ）２以上の光路にそれぞれ配置され、入射光を偏光方向に関してそれぞれ変調する２以上の光変調装置と、（ｆ）２以上の光変調装置から射出された変調光を合成する光合成部材と、（ｇ）２以上の光変調装置をカラーホイールの回転に同期して動作させることにより、２以上の光変調装置に入射する色光に対応する光変調を行わせて、４色以上の像光を形成させるタイミング制御装置とを備える。

上記プロジェクタでは、カラーホイールを用いて色光を得ており、光源のスペクトルピークを効率的に利用した照明光を得ることができる。また、各光路に設けた光変調装置をタイミング制御装置の制御下で動作させることによって、カラーホイールを経て２以上の光路に導かれた４色以上の色成分を変調した変調光色を得ることができ、投射像の色再現性を高めることができる。この際、２以上の光変調装置を用いて変調光を得るので、単一の光変調装置を用いる場合に比較して高品位の画像を得ることができる。さらに、予め偏光化した照明光を得ているので、光変調装置の寿命を長くすることができる。

本発明の具体的な観点又は態様では、上記プロジェクタにおいて、偏光分離部は、第１及び第２偏光に対応する複数の偏光分離素子を円板上に設けるとともにカラーホイールと同期して回転する偏光ホイールである。この場合、偏光方向を切り替えてカラーホイールに入射させることができ、偏光ホイールの回転に合わせてカラーホイールから射出される色成分の偏光方向を切り替えることができる。つまり、色成分の切替に同期して偏光方向を切り替えた照明用の色光を得ることができる。

本発明の別の態様では、偏光ホイールが無機偏光板である。無機偏光板は、例えばワイヤグリッド型の偏光素子である。この場合、少ないロスで偏光方向の精密な調整が可能になる。

本発明のさらに別の態様では、偏光ホイールとカラーホイールとの間に、偏光ホイールの通過光を均一化するためのロッドインテグレータを備える。この場合、偏光ホイールを経た偏光光を均一化して無駄なくカラーホイールに入射させることができ、均一な照明用の色光を得ることができる。

本発明のさらに別の態様では、カラーホイールを経た２群以上の色光を２光路に分岐する光分岐部材を備える。この場合、カラーホイールまで共通の光路を通過していた色成分を分岐して２つの光路に導くことができ各光路上の２つの光変調装置を照明することができる。

本発明のさらに別の態様では、光分岐部材が、偏光方向に応じて色光の光束を分離する偏光分離素子を含み、合成部材が、２以上の光変調装置からの変調光の偏光方向を利用して合成する偏光合成素子を含む。この場合、両光路上の一方の光変調装置を一方の偏光方向の光で照明することができ、他方の光変調装置を他方の偏光方向の光で照明することができる。つまり、一対の光変調装置を偏光方向で使い分けることができる。

本発明のさらに別の態様では、カラーホイールが、異なる色を個別に透過させる４つのフィルタ領域を含む。この場合、カラーホイールによって直接的に４つの色光を得ることができる。

本発明のさらに別の態様では、光分岐手段が、波長に応じて色光の光束を分離する色分離素子を含み、合成部材は、２以上の光変調装置からの変調光の波長を利用して合成する色合成素子を含む。この場合、両光路上の一方の光変調装置を色分離素子の一方に分岐された光で照明することができ、他方の光変調装置を色分離素子の他方に分岐された光で照明することができる。

本発明のさらに別の態様では、カラーホイールが、２色を透過させる２つのフィルタ領域を含む。この場合、色分離素子によって、カラーホイールによって時系列的に２分岐された光から４つの色光を得ることができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタ１０の光学系を示す模式図である。このプロジェクタ１０は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調することによって光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源ランプユニット２０、光分離装置４０、並行変調部６０、投射光学系８０、及び主制御装置９０を備えて構成される。

光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し、光分離装置４０を介して並行変調部６０を照明するための光源である。光源ランプユニット２０は、放電型の発光管である光源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する凹面鏡２２と、凹面鏡２２で反射された光源光を集める凸レンズ２３とを備える。光源ランプ２１は、例えば高圧水銀ランプやハロゲンランプであり、これに封入された元素成分等に応じた固有のスペクトル分布を可視光波長域に有する。具体的には、図２に示すように、赤（Ｒ）、黄（Ｙ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の４色の色成分に対応する４つのスペクトルピークが存在する。この光源ランプユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及び凸レンズ２３を経てビーム径を絞られてスポット化しつつ、前方側すなわち光分離装置４０側に射出される。なお、上述した凹面鏡２２は、楕円面、球面等であってその曲率を調整することができ、凹面鏡２２の後段に設けた凸レンズ２３についてはこれを省略することができる。

光分離装置４０は、光源ランプユニット２０からの光源光を時系列的に切り替わる偏光及び色光に分離するための部分である。光分離装置４０は、偏光分離用の第１ホイール（偏光ホイール）４１と、色分離用の第２ホイール（カラーホイール）４２と、光均一化のためのロッドインテグレータ４３と、光束を平行化するための凸レンズ４４と、回転駆動装置４６，４７と、回転制御部４８とを備える。第１ホイール４１は、円板状の部材であり、ステッピングモータ等である回転駆動装置４６に支持されて中心軸ＡＸ１のまわりに一定速度で精密に回転可能になっている。また、第２ホイール４２も、第１ホイール４１と同サイズの円板状部材であり、ステッピングモータ等である回転駆動装置４７に支持されて中心軸ＡＸ２のまわりに一定速度で精密に回転可能になっている。この際、両ホイール４１，４２は、回転制御部４８の制御下で、回転角度の対応をとりつつ同期して回転しており、回転に伴って両者の相対的位置関係が変化しないようになっている。

図３（ａ）は、第１ホイール４１の正面図である。第１ホイール４１は、偏光分離部として、図１に示される光源ランプユニット２０からの光源光を、Ｐ偏光である第１偏光とＳ偏光である第２偏光とに時系列的に分離する役割を有する。このため、第１ホイール４１は、Ｐ偏光を通過させる第１偏光フィルタ領域ＰＡ１と、Ｓ偏光を通過させる第２偏光フィルタ領域ＰＡ２とを有している。第１及び第２偏光フィルタ領域ＰＡ１，ＰＡ２の境界が半径方向に対して傾斜している理由は、照明光の切替を緩やかにして最終的な投射像のチラツキを防止するためである。ここで、第１偏光フィルタ領域ＰＡ１や第２偏光フィルタ領域ＰＡ２は、透明板上の対応する領域に無機偏光板を設けたものである。無機偏光板は、例えばワイヤグリッド偏光子であり、このワイヤグリッド偏光子は、微細なストライプ状の導体アレイからなる。例えば導体アレイが第１ホイール４１の円周方向に延びる場合、つまり第１偏光フィルタ領域ＰＡ１がシステム光軸ＯＡ上にある場合、その接線に沿った円周方向の偏光（ここではＳ偏光と定義する）はほぼ完全に反射され、その半径方向の偏光（ここではＰ偏光と定義する）はほぼ完全に透過する。一方、導体アレイが第１ホイール４１の半径方向に延びる場合、つまり第２偏光フィルタ領域ＰＡ２がシステム光軸ＯＡ上にある場合、半径方向の偏光（つまりＰ偏光）はほぼ完全に反射され、円周方向の偏光（つまりＳ偏光）はほぼ完全に透過する。以上により、第１偏光と第２偏光との時系列的に切替が行われこれが周期的に繰り返される。

図１に戻って、第１ホイール４１の射出側のシステム光軸ＯＡ上に設けたロッドリレーレンズすなわちロッドインテグレータ４３は、四角柱状の導光部材であり、第１ホイール４１を透過して入射面４３ａに順次入射するＰ偏光やＳ偏光を入射角に応じて多重に分割するとともに、このような分割光を射出面４３ｂで重畳させ、射出面４３ｂから低損失で均一化した状態にしてＰ偏光やＳ偏光を射出する。ロッドインテグレータ４３の射出面４３ｂから射出されて均一化されたＰ偏光やＳ偏光は、第２ホイール４２上において射出面４３ｂに対向しシステム光軸ＯＡを含む領域に入射する。

図３（ｂ）は、第２ホイール４２の正面図である。第２ホイール４２は、図１に示されるロッドインテグレータ４３を経たＰ偏光を、赤（Ｒ）光である第１群の色光と、緑（Ｇ）光である第２群の色光とに時系列的に分離するとともに、ロッドインテグレータ４３を経たＳ偏光を、青（Ｂ）光である第３群の色光と、黄（Ｙ）光である第４群の色光とに時系列的に分離する役割を有する。このため、第２ホイール４２は、赤光を通過させる第１フィルタ領域ＣＡ１と、緑光を通過させる第２フィルタ領域ＣＡ２と、青光を通過させる第３フィルタ領域ＣＡ３と、黄光を通過させる第４フィルタ領域ＣＡ４とを有している。これらの第１〜第４フィルタ領域ＣＡ１〜ＣＡ４は、透明板上の対応する領域に例えば誘電体多層膜を設けたものである。誘電体多層膜は、目的とする波長の照明光のみを少ないロスで選択的に透過させることができる。第１〜第４フィルタ領域ＣＡ１〜ＣＡ４は、誘電体多層膜に限らず、色素フィルタその他のカラーフィルタに置き換えることができる。

なお、第１ホイール４１と第２ホイール４２とは、図１に示す回転制御部４８の制御下で動作する回転駆動装置４６，４７にそれぞれ駆動され、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す回転位置の関係を保って回転する。つまり、第２ホイール４２を経た赤光及び緑光は、ともにＰ偏光になっており、第２ホイール４２を経た青光及び黄光は、ともにＳ偏光になっている。

また、図３（ｂ）に示される第１〜第４フィルタ領域ＣＡ１〜ＣＡ４の透過特性は、光源ランプ２１のスペクトルピークに対応するものとなっており、第２ホイール４２を経た赤光、緑光は、青光、及び黄光は、光源ランプ２１からの発光光を無駄なく効率的に取り出したものとなっている。つまり、光分離装置４０を経ることで、光源ランプ２１のスペクトルピークが、赤光、緑光、青光、及び黄光の各色成分として、経時的に切り替わりつつ周期的に射出される。

図１において、第２ホイール４２の射出側のシステム光軸ＯＡ上に設けた凸レンズ４４は、ロッドインテグレータ４３から射出された赤光、緑光、青光、及び黄光をほぼ平行化して次段の並行変調部６０に供給する。

並行変調部６０は、光路分離部６０Ａと、光変調部６０Ｂと、光合成部材６０Ｃとを備える。

このうち、光路分離部６０Ａは、光分岐部材として、偏光ビームスプリッタ６１と反射ミラー６２ａ，６２ｂとを備える。偏光ビームスプリッタ６１は、２つの直角プリズムを斜面で互いに貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜６１ａが形成されている。この誘電体多層膜６１ａは、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。偏光ビームスプリッタ６１は、光分離装置４０からの照明光を、第１群の赤光と第２群の緑光とを含む第１照明光成分用と、第３群の青光と第４群の黄光とを含む第２照明光成分用との２光路に分離する役割を有する。すなわち、偏光ビームスプリッタ６１は、Ｐ偏光である赤光ＬＲ及び緑光ＬＧを透過させて直進させ、Ｓ偏光である青光ＬＢ及び黄光ＬＹを反射して光路を折り曲げる。この光路分離部６０Ａにおいて、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射した照明光は、偏光分離素子としての偏光ビームスプリッタ６１に入射する。偏光ビームスプリッタ６１を透過した赤光ＬＲ及び緑光ＬＧは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー６２ａを経て光路分離部６０Ａの第１液晶パネル６４ａに入射する。また、偏光ビームスプリッタ６１で反射された青光ＬＢ及び黄光ＬＹは、第２光路ＯＰ２に導かれ、反射ミラー６２ｂを経て光路分離部６０Ａの第２液晶パネル６４ｂに入射する。

光変調部６０Ｂは、Ｐ偏光である赤光ＬＲ及び緑光ＬＧが入射する画像情報変調用の第１液晶パネル６４ａと、Ｓ偏光である青光ＬＢ及び黄光ＬＹが入射する画像情報変調用の第２液晶パネル６４ｂと、両液晶パネル６４ａ，６４ｂを動作させるための液晶駆動部６５とを備える。さらに、光変調部６０Ｂは、第１液晶パネル６４ａの射出側に配置される偏光フィルタ６６ａと、第２液晶パネル６４ｂの射出側に配置される偏光フィルタ６６ｂとを備える。両偏光フィルタ６６ａ，６６ｂは、有機材料からなる所謂有機偏光板である。ここで、第１液晶パネル６４ａと、偏光フィルタ６６ａとは、赤光ＬＲや緑光ＬＧを画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための光変調装置すなわち液晶ライトバルブを構成する。同様に、第２液晶パネル６４ｂと、偏光フィルタ６６ｂとは、青光ＬＢや黄光ＬＹを画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための光変調装置すなわち液晶ライトバルブを構成する。この際、光路分離部６０Ａに設けた偏光ビームスプリッタ６１の存在によって、両液晶パネル６４ａ，６４ｂの入射側の偏光フィルタを省略しているので、液晶ライトバルブとしての寿命を延ばすことができる。液晶駆動部６５は、外部から入力される画像信号に基づいて、両液晶パネル６４ａ，６４ｂに駆動信号を供給する。液晶駆動部６５は、外部信号が例えばＲＧＢの３原色に関するものである場合、これをＲＧＢＹの４原色の画像信号に変換する画像処理機能を有するとともに、この４原色の画像情報をルックアップ型のメモリに保持して適当なタイミングで両液晶パネル６４ａ，６４ｂに切り替えつつ出力する役割を有する。

なお、第１及び第２液晶パネル６４ａ，６４ｂは、いずれも、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従ってそれぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

光合成部材６０Ｃは、光変調部６０Ｂの偏光フィルタ６６ａ，６６ｂから射出された光学像を合成してカラー画像を形成する偏光ビームコンバイナすなわち偏光合成素子である。この光合成部材６０Ｃは、２つの直角プリズムを斜面で互いに貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、誘電体多層膜６７が形成されている。この誘電体多層膜６７は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる。この光合成部材６０Ｃにより、第１液晶パネル６４ａからの赤光ＬＲや緑光ＬＧの像光を誘電体多層膜６７で反射して進行方向左側に射出させ、第２液晶パネル６４ｂからの青光ＬＢや黄光ＬＹの像光を誘電体多層膜６７を介して直進・射出させることができる。

このように光合成部材６０Ｃで合成された像光は、拡大投影レンズとしての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。

なお、主制御装置９０は、タイミング制御装置として機能し、光変調部６０Ｂに設けた液晶駆動部６５の動作と、光分離装置４０に設けた回転制御部４８の動作とを監視しながら画像形成の整合をとる。つまり、光変調部６０Ｂへの照明光すなわち赤光、緑光、青光、及び黄光の供給タイミングと、液晶パネル６４ａ，６４ｂによる光変調タイミングとの間で同期がとられており、液晶パネル６４ａ，６４ｂによって各色光に応じた適切な光変調が行われる。

図４は、第１実施形態に係るプロジェクタ１０の動作を説明するタイミングチャートである。まず、図４（ａ）に示すように、光源ランプユニット２０からの光源光は、第１ホイール４１によって、Ｐ偏光である第１偏光（実線）と、Ｓ偏光である第２偏光（点線）とが交互に繰り返される時系列的な照明光に分離される。そして、図４（ｂ）に示すように、第１ホイール４１を経た照明光は、第２ホイール４２によって、Ｐ偏光のタイミングで第１群の赤光と第２群の緑光とに分離され、Ｓ偏光のタイミングで第３群の青光と第４群の黄光とに分離される。結果的に、赤光、緑光、青光、及び黄光の４つの色成分が順次切り替わる時系列的な照明光が得られる。次に、図４（ｃ）に示すように、第２ホイール４２を経た照明光のうち、Ｐ偏光の赤光及び緑光は、偏光ビームスプリッタ６１によって、第１液晶パネル６４ａに入射し、ここで順次光変調されて赤色の像光と緑色の像光とが形成される。一方、図４（ｄ）に示すように、第２ホイール４２を経た照明光のうち、Ｓ偏光の青光及び黄光は、偏光ビームスプリッタ６１によって、第２液晶パネル６４ｂに入射し、ここで順次光変調されて青色の像光と黄色の像光とが形成される。図４（ｃ）及び（ｄ）で得られた各色の像光は、光合成部材６０Ｃで合成され、投射光学系８０によってスクリーン上に拡大投射される。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ１１０の光学系を示す模式図である。第２実施形態のプロジェクタ１１０は、図１等に示す第１実施形態のプロジェクタ１０を変形したものであり、特に説明しない部分については、第１実施形態と同様であるものとする。

光分離装置１４０は、偏光分離用の第１ホイール４１と、色分離用の第２ホイール１４２と、ロッドインテグレータ４３と、凸レンズ４４と、回転駆動装置４６，４７と、回転制御部４８とを備える。

図６（ａ）は、第１ホイール４１の正面図であり、図６（ｂ）は、第２ホイール１４２の正面図である。第１ホイール４１は、第１実施形態のものとほぼ同様であるが、第２ホイール１４２は、第１実施形態のものと異なっている。すなわち、第２ホイール１４２は、図５に示されるロッドインテグレータ４３を経たＰ偏光を、赤光と緑光とを含む第１群の色光と、青光と黄光とを含む第２群の色光とに時系列的に分離する役割を有する。このため、第２ホイール１４２は、赤光及び緑光を通過させる第１フィルタ領域ＣＡ１１と、青光及び黄光を通過させる第２フィルタ領域ＣＡ１２とを有している。なお、第１ホイール４１と第２ホイール１４２とは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す回転位置の関係を保って回転する。

図７（ａ）は、第１フィルタ領域ＣＡ１１の光透過特性を概念的に示すグラフであり、図７（ｂ）は、第２フィルタ領域ＣＡ１２の光透過特性を概念的に示すグラフである。すなわち、第１フィルタ領域ＣＡ１１は、図７（ａ）に示すように、赤光と緑光とを選択的に透過させ、青光と黄光とを遮断する。また、第２フィルタ領域ＣＡ１２は、図７（ｂ）に示すように、青光と黄光とを選択的に透過させ、赤光と緑光とを遮断する。結果的に、光分離装置１４０を経ることで、光源ランプ２１のスペクトルピークが、Ｐ偏光の赤光及び緑光の複合的な色成分と、Ｓ偏光の青光及び黄光の複合的な色成分として、経時的に切り替わりつつ射出される。第１及び第２フィルタ領域ＣＡ１１，ＣＡ１２は、透明基板上に、対応する波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子である。

並行変調部１６０において、光路分離部１６０Ａは、第１ダイクロイックミラー１６１と、反射ミラー６２ａ，６２ｂとを備える。第１ダイクロイックミラー１６１は、色分離素子として、光分離装置１４０からの照明光を、第１群の赤光と第２群の黄光とを含む第１照明光成分用と、第１群の緑光と第２群の青光とを含む第２照明光成分用との２光路に分離する役割を有する。すなわち、第１ダイクロイックミラー１６１は、赤・黄・緑・青の４色のうち赤光ＬＲ及び黄光ＬＹを選択的に透過させ、緑光ＬＧ及び青光ＬＢを選択的に反射する。

図８（ａ）は、第１ダイクロイックミラー１６１の光透過特性を概念的に示すグラフである。第１ダイクロイックミラー１６１は、透明基板上に、所定波長以下の光束（具体的には緑光及び青光）を反射し所定波長以上の光束（具体的には黄光及び赤光）を透過する光学特性を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対して傾斜した状態で配置される。

並行変調部１６０において、光合成部材１６０Ｃは、第２ダイクロイックミラー１６７で構成される。第２ダイクロイックミラー１６７は、色合成素子として、光変調部６０Ｂの偏光フィルタ６６ａ，６６ｂから射出された光学像を合成してカラー画像を形成する。すなわち、第２ダイクロイックミラー１６７は、赤・黄・緑・青の４色のうち赤光ＬＲ及び黄光ＬＹを選択的に反射し、緑光ＬＧ及び青光ＬＢを選択的に透過させる。

図８（ｂ）は、第２ダイクロイックミラー１６７の光透過特性を概念的に示すグラフである。第２ダイクロイックミラー１６７は、透明基板上に、所定波長以下の光束（具体的には緑光及び青光）を透過させ所定波長以上の光束（具体的には黄光及び赤光）を反射する光学特性を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対して傾斜した状態で配置される。

図９は、第２実施形態に係るプロジェクタ１１０の動作を説明するタイミングチャートである。まず、図９（ａ）に示すように、光源ランプユニット２０からの光源光は、第１ホイール４１によって、Ｐ偏光である第１偏光（実線）と、Ｓ偏光である第２偏光（点線）とが交互に繰り返される時系列的な照明光に分離される。そして、図９（ｂ）に示すように、第１ホイール４１を経た照明光は、第２ホイール１４２によって、Ｐ偏光のタイミングで第１群の赤光と緑光が選択的に透過され、Ｓ偏光のタイミングで第２群の黄光と青光とが選択的に透過される。次に、図９（ｃ）に示すように、第２ホイール１４２を経た照明光のうち、Ｐ偏光の赤光とＳ偏光の黄光は、第１ダイクロイックミラー１６１によって、第１液晶パネル６４ａに入射し、ここで順次光変調されて赤色の像光と黄色の像光とが形成される。この際、第１液晶パネル６４ａは、主制御装置９０の制御下で動作する液晶駆動部６５によって適宜駆動されており、Ｐ偏光の赤光が入射する時、ノーマリーブラックモードで動作し、Ｓ偏光の黄光が入射する時、ノーマリーホワイトモードで動作する。一方、図９（ｄ）に示すように、第２ホイール１４２を経た照明光のうち、Ｐ偏光の緑光とＳ偏光の青光は、第１ダイクロイックミラー１６１によって、第２液晶パネル６４ｂに入射し、ここで順次光変調されて緑色の像光と青色の像光とが形成される。この際、第１液晶パネル６４ａは、液晶駆動部６５によって適宜駆動されており、Ｐ偏光の緑光が入射する時、ノーマリーブラックモードで動作し、Ｓ偏光の青光が入射する時、ノーマリーホワイトモードで動作する。図９（ｃ）及び（ｄ）で得られた各色の像光は、光合成部材１６０Ｃすなわち第２ダイクロイックミラー１６７で合成され、投射光学系８０によってスクリーン上に拡大投射される。

なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記第１実施形態では、光分離装置４０において、第１ホイール４１によって光源光を時系列的に切り替わる一対の異なる偏光に分離しているが、固定的に配置された偏光ビームスプリッタによって光源光を一対の異なる偏光に空間的に分離することができ、これら一対の異なる偏光を第２ホイール４２の反対位置に入射させることができる。この場合、第２ホイール４２の反対位置に入射に入射した照明光を、個別に液晶パネル６４ａ，６４ｂに導くことで、偏光ビームスプリッタ６１を利用することなく、第１液晶パネル６４ａに直接Ｐ偏光の赤光と緑光とを入射させることができ、第２液晶パネル６４ｂに直接Ｓ偏光の青光と黄光とを入射させることができる。

また、上記第１実施形態では、赤光と緑光をＰ偏光とし青光と黄光をＳ偏光としたが、このような色や偏光方向の組み合わせは適宜変更することができる。同様に、第２実施形態でにおいて、第２ホイール１４２で分離する色の組み合わせは用途に応じて適宜変更することができる。

また、上記第１実施形態では、光源を赤・黄・緑・青の４色に色分岐して色光を得る場合について説明したが、光源光を５色以上に色分岐して、これらの分岐光を２つ或いは３つ以上の液晶ライトバルブに時系列的に入射させて光変調を行うこともできる。

また、上記実施形態では、光源を赤・黄・緑・青に色分岐しているが、プロジェクタ１０，１１０の用途に応じて別の色に分岐することもできる。

また、上記実施形態では、第１ホイール４１に無機偏光板であるワイヤグリッド偏光子を形成しているが、第１ホイール４１は、偏光を分離できるものであればよく、ワイヤグリッド偏光子に代えて例えば位相差板を組み込むこともできる。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１等に示すプロジェクタ１０，１１０の構成はいずれにも用いることができる。

第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。 光源のスペクトル分布を説明するグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、第１及び第２ホイールの正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。 第２実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、第１及び第２ホイールの正面図である。 （ａ）、（ｂ）は、第２ホイールの透過特性を説明するグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、第１及び第２ダイクロイックミラーの性を示すグラフである。 （ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態の動作を説明するタイミングチャートである

符号の説明

１０…プロジェクタ、 ２０…光源ランプユニット、 ２１…光源ランプ、 ３０…照明光学系、 ４０…光分離装置、 ４１…第１ホイール、 ４２…第２ホイール、 ４３…ロッドインテグレータ、 ４６，４７…回転駆動装置、 ４８…回転制御部、 ６０…並行変調部、 ６０Ａ…光路分離部、 ６０Ｂ…光変調部、 ６０Ｃ…光合成部材、 ６１…偏光ビームスプリッタ、 ６４ａ…第１液晶パネル、 ６４ｂ…第２液晶パネル、 ６５…液晶駆動部、 ６６ａ，６６ｂ…偏光フィルタ、 ８０…投射光学系、 ９０…主制御装置、 １１０…プロジェクタ、 １４０…光分離装置、 １４２…第２ホイール、 １６０…並行変調部、 １６０Ａ…光路分離部、 １６０Ｃ…光合成部材、 １６１…第１ダイクロイックミラー、 １６７…第２ダイクロイックミラー、 ＯＰ１…第１光路、 ＯＰ２…第２光路

Claims (9)

1. 可視域において所定のスペクトル分布を有する光源と、
   前記光源からの光を第１偏光と第２偏光とに分離する偏光分離部と、
   前記偏光分離部を経た前記光源のスペクトルピークに対応する４色以上の色成分を、経時的に切り替わる２群以上の色光に分離するカラーホイールと、
   前記カラーホイールを経た前記２群以上の色光を、そのままの又は組み替えられた状態で導く２以上の光路と、
   前記２以上の光路にそれぞれ配置され、入射光を偏光方向に関してそれぞれ変調する２以上の光変調装置と、
   前記２以上の光変調装置から射出された変調光を合成する光合成部材と、
   前記２以上の光変調装置を前記カラーホイールの回転に同期して動作させることにより、前記２以上の光変調装置に入射する色光に対応する光変調を行わせて、４色以上の像光を形成させるタイミング制御装置と
   を備えるプロジェクタ。
2. 前記偏光分離部は、前記第１及び第２偏光に対応する複数の偏光分離素子を円板上に設けるとともに前記カラーホイールと同期して回転する偏光ホイールである請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記偏光ホイールは、無機偏光板である請求項２記載のプロジェクタ。
4. 前記偏光ホイールと前記カラーホイールとの間に、前記偏光ホイールの通過光を均一化するためのロッドインテグレータを備える請求項２及び請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
5. 前記カラーホイールを経た前記２群以上の色光を２光路に分岐する光分岐部材を備える請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
6. 前記光分岐部材は、偏光方向に応じて色光の光束を分離する偏光分離素子を含み、前記合成部材は、前記２以上の光変調装置からの変調光の偏光方向を利用して合成する偏光合成素子を含む請求項５記載のプロジェクタ。
7. 前記カラーホイールは、異なる色を個別に透過させる４つのフィルタ領域を含む請求項６記載のプロジェクタ。
8. 前記光分岐手段は、波長に応じて色光の光束を分離する色分離素子を含み、前記合成部材は、前記２以上の光変調装置からの変調光の波長を利用して合成する色合成素子を含む請求項５記載のプロジェクタ。
9. 前記カラーホイールは、２色を透過させる２つのフィルタ領域を含む請求項８記載のプロジェクタ。

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