JP2012181417A - プロジェクターおよびプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を有する画像表示に際して明るい画像が得られるプロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクター１は、複数の色光を射出する照明装置２、各色光を変調する複数の液晶ライトバルブ６、複数のレンズからなるレンズアレイ、一つの色光を当該色光の波長帯域内において波長帯域が異なる第１の色光と第２の色光に分離して異なる方向からレンズに入射させる光分離素子５、ダイクロイックプリズム７、投射レンズ８、を備えている。レンズアレイの一つのレンズは、隣り合う第１の画素と第２の画素とに対応して配置され、レンズを介して第１の色光が第１の画素に入射され、第２の色光が第２の画素に入射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターおよびプロジェクションシステムに関する。

プロジェクターを用いて、表示画像を立体的に表現する技術が提案されている。これは、観察者が右眼と左眼の視点分だけずれた２つの画像、いわゆる視差画像をそれぞれの眼で選択的に見ることで、表示画像を立体的に視認できるものである。また、例えば２人の観察者が左右それぞれの方向から一つの投射面を見たときに、各観察者が異なる画像を視認できる技術も提案されている。

この種の立体画像表示を実現する一つの手段として、右眼用画像と左眼用画像とをフレーム期間毎に時分割で交互に表示することで立体映像を視認可能とした立体映像表示装置が提案されている（下記の特許文献１参照）。この立体映像表示装置を使用する場合、観察者は、右眼と左眼を交互に開閉するシャッター眼鏡を着用する。シャッター眼鏡の各眼の開閉の切り換えと右眼用画像、左眼用画像の表示の切り換えとが同期しており、観察者は、右眼用画像を右眼で、左眼用画像を左眼でそれぞれ選択的に視認する。これにより、観察者は立体映像を視認することができる。

特開２００９−２３２２４９号公報

特許文献１の立体映像表示装置は液晶ディスプレイで構成されている。例えば液晶ディスプレイを６０Ｈｚの周波数で駆動した場合、右眼用画像と左眼用画像をフレーム期間毎に時分割で交互に表示しているとき、右眼用画像、左眼用画像の各々は実質的に３０Ｈｚで書き換えられることになる。このような低い周波数の書き換えでは、フリッカーが生じて表示品位が低下してしまう。フリッカーを生じさせないためには、右眼用画像、左眼用画像の各々が少なくとも６０Ｈｚで書き換わるように、液晶ディスプレイを少なくとも１２０Ｈｚの周波数で駆動する必要がある。

また、一般的な液晶ディスプレイは線順次駆動を採用しているため、（１）右眼用画像が書き込まれたフレーム、（２）右眼用画像から左眼用画像に書き換えている途中のフレーム、（３）左眼用画像が書き込まれたフレーム、（４）左眼用画像から右眼用画像に書き換えている途中のフレーム、…がこの順に繰り返し現れる。このように、書き換えの過渡期間となるフレーム（２）、（４）が画像表示中に存在しており、これらのフレーム（２）、（４）では一つの画面内に右眼用画像と左眼用画像とが混在している。

上記のフレーム（２）、（４）はクロストークの原因となるため、立体映像表示に使うことができない。そのため、駆動周波数を更に少なくとも２倍にした上で、上記のフレーム（１）、（３）のみを用いる必要があり、液晶ディスプレイを少なくとも２４０Ｈｚの周波数で駆動する必要がある。ここで、上記の過渡期間のフレーム（２）、（４）ではシャッター眼鏡を両眼とも遮断するため、これらのフレーム（２）、（４）において液晶ディスプレイから射出された光は表示に寄与しない。したがって、液晶ディスプレイを射出した光の単位時間内の全光量を１００％としたとき、右眼用画像の表示に寄与する光の光量は２５％であり、左眼用画像の表示に寄与する光の光量は２５％である。そのため、従来の立体映像表示装置では明るい表示が得られない、という問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、同一の被投射面上に複数種類の画像を表示するに際して明るい画像が得られるプロジェクターおよびプロジェクションシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、互いに異なる色の複数の色光を含む光を射出する照明装置と、前記複数の色光のそれぞれに対応して設けられ、当該対応する色光のうち所定の波長域の第１の色光を第１の角度で反射し、前記対応する色光のうち前記所定の波長域とは異なる波長域の第２の色光を前記第１の角度とは異なる第２の角度で反射する複数の光分離素子と、第１の画像の情報に応じて光を変調する複数の第１の画素と、前記第１の画像とは異なる第２の画像の情報に応じて光を変調する複数の第２の画素と、をそれぞれ備え、前記複数の光分離素子のそれぞれに対応して設けられる複数の光変調素子と、前記光分離素子で反射された前記第１の色光を前記複数の第１の画素のうちの少なくとも１つに集光するとともに、前記少なくとも１つの第１の画素に隣り合う前記複数の第２の画素のうちの少なくとも１つに前記光分離素子で反射された前記第２の色光を集光するレンズを複数備え、前記複数の光変調素子のそれぞれの光入射側に設けられる複数のレンズアレイと、前記複数の光変調素子によって変調された前記複数の色光を合成する色合成光学系と、前記色合成素子によって合成された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とする。

本発明のプロジェクターにおいては、互いに異なる色の複数の色光を含む光が照明装置から射出される。それら複数の色光のうちの一つの色光は、光分離素子において第１の色光が第１の角度で反射され、第２の色光が第１の角度と異なる第２の角度で反射されることにより、当該色光の波長帯域内において互いに波長帯域が異なる第１の光および第２の光に分離される。それら第１の光および第２の光は互いに異なる方向からレンズアレイの各レンズに入射する。ここで、第１の色光がレンズを介して第１の画素に入射し、第２の色光がレンズを介して第２の画素に入射する。そして、光変調素子において、複数の第１の画素からなる第１の画素群によって第１の画像が形成され、複数の第２の画素からなる第２の画素群によって第２の画像が形成される。

したがって、観察者は、互いに波長帯域が異なる第１の光からなる第１の画像、および第２の光からなる第２の画像のいずれかを特定の波長域を透過するフィルター等を用いて選択的に視認することにより、異なる種類の複数の画像のいずれかを視認することができる。このように、本発明のプロジェクターにおいては、第１の画像と第２の画像とが同時に表示されており、観察者はこれらの画像を視認する。従来技術のように表示に寄与しない光が時間的に存在することがないため、明るい画像表示を実現することができる。

本発明のプロジェクターにおいては、前記複数の光分離素子が、前記第１の色光および前記第２の色光のうちのいずれか一方の光を反射させて他方の光を透過させる波長選択反射面を有する波長選択ミラーと、前記波長選択ミラーの後段に設けられ、前記波長選択ミラーを透過した光を反射させる反射面を有するミラーと、をそれぞれ備え、前記波長選択反射面に対する光の入射角と前記反射面に対する光の入射角とを異ならせた構成を採用できる。

この構成によれば、第１の色光および第２の色光のうちのいずれか一方の色光が波長選択ミラーの波長選択反射面で反射し、他方の色光がミラーの反射面で反射する。そのため、波長選択ミラーの設置角度とミラーの設置角度を適宜調整することにより、レンズアレイの各レンズに対する第１の色光および第２の色光の入射角を最適に調整できる。これにより、各色光を第１の画素もしくは第２の画素に確実に入射させ、より明るい画像を得ることができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数の光分離素子が、入射光の光軸に対して傾いて配置された、屈折率の波長分散を有する光透過板をそれぞれ備えている構成を採用できる。
この構成によれば、光透過板を光路内に挿入するだけの簡易な構成で各色光を第１の画素もしくは第２の画素に入射させることができるため、プロジェクターの構成を簡略化することができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数の光分離素子が、回折格子をそれぞれ備えている構成を採用できる。
この構成によれば、回折格子を光路内に挿入するだけの簡易な構成で各色光を第１の画素もしくは第２の画素に入射させることができるため、プロジェクターの構成を簡略化することができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数のレンズアレイの前記レンズを、前記隣り合う第１の画素と第２の画素との配列方向に曲率を有するシリンドリカルレンズで構成することができる。
この構成によれば、第１の色光、第２の色光の各々を第１の画素と第２の画素の配列方向に分離してこれらの画素に確実に入射させることができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数のレンズアレイの前記レンズを、前記隣り合う第１の画素と第２の画素との配列方向および前記配列方向と直交する方向に曲率を有する凸レンズで構成することができる。
この構成によれば、第１の色光、第２の色光の各々を第１の画素と第２の画素の配列方向に分離するのみならず、配列方向と直交する方向に集束させることができる。その結果、光変調素子に照射された光が画素の開口部に入射する割合が増え、光利用効率を向上させることができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数の光変調素子は、前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素の各々が前記光変調素子の画面垂直方向に連続してそれぞれ配列され、前記画面垂直方向に並ぶ前記複数のレンズが、前記第１の画素と前記第２の画素の配列に対応して直線状に配置されている構成を採用しても良い。
この構成によれば、第１の画素と第２の画素の各々が画面垂直方向に連続して配列されているため、光変調素子において、第１の画素、第２の画素の各々に第１の画像用の画像データ、第２の画像用の画像データをそれぞれ供給するデータ線等の構成を容易に実現しやすい。

本発明のプロジェクターにおいて、前記複数の光変調素子は、前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素の各々が前記光変調素子の画面垂直方向および画面水平方向にそれぞれ交互に配列されている構成を採用しても良い。
この構成によれば、第１の画像、第２の画像の各々が、画面垂直方向、画面水平方向の双方に交互に配列された画素で構成されるため、画面垂直方向の画素１列分もしくは画面水平方向の画素１行分の画像がまるごと欠落することがなく、解像度の低下を感じにくくすることができる。

本発明のプロジェクションシステムは、前記本発明のプロジェクターと、前記複数の色光のそれぞれ前記第１の色光を選択的に透過する第１選択部と、前記複数の色光のそれぞれ前記第２の色光を選択的に透過する第２選択部とを備える眼鏡と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、第１の色光によって右眼用画像、第２の色光によって左眼用画像を形成しておき、観察者が、例えば各色光のうちの第１の色光を選択的に透過する第１選択部を右眼側に有し、各色光のうちの第２の色光を選択的に透過する第２選択部を左眼側に有する眼鏡を装着して被投射面を見ることにより、立体画像を視認することができる。

本発明の一実施形態のプロジェクションシステムを示す概略構成図である。 プロジェクターに用いられる液晶ライトバルブの断面図である。 液晶ライトバルブにおける画素とマイクロレンズとの配置を示す平面図である。 マイクロレンズの斜視図である。 レンズアレイの第１変形例を示す斜視図である。 レンズアレイの第２変形例を示す平面図である。 レンズアレイの第３変形例を示す平面図である。 光分離素子の第１変形例を示す概略構成図である。 光分離素子の第２変形例を示す概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、赤色光変調用、緑色光変調用、青色光変調用の３組の液晶ライトバルブを備えた、いわゆる３板式の液晶プロジェクターであり、右眼用画像と左目用画像からなる立体画像の表示が可能なプロジェクターの例である。
図１は、プロジェクターと眼鏡とを含む本実施形態のプロジェクションシステムを示す概略構成図である。図２は、プロジェクターに用いられる液晶ライトバルブの断面図である。図３は、液晶ライトバルブにおける画素とマイクロレンズとの配置を示す平面図である。図４は、マイクロレンズの斜視図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、照明装置２と、色分離光学系３と、リレー光学系４と、３組の光分離素子５（赤色光用光分離素子５Ｒ，緑色光用光分離素子５Ｇ，青色光用光分離素子５Ｂ）と、３組の液晶ライトバルブ６（赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒ，緑色光変調用液晶ライトバルブ６Ｇ，青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂ、光変調素子）と、ダイクロイックプリズム７（色合成光学系）と、投射レンズ８（投射光学系）と、を備え、これらの構成要素がそれぞれシステム光軸Ｌに沿って配置されている。照明装置２は、光源９と、一対のレンズアレイ１０，１１と、偏光変換素子１２と、重畳レンズ１３と、を備えている。色分離光学系３は、ダイクロイックミラー１４と、緑色光用光分離素子５Ｇと、を備えている。リレー光学系４は、第１リレーレンズ１５と、ミラー１６と、第２リレーレンズ１７と、を備えている。

光源９は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等のランプ１９と、ランプ１９の光を反射するリフレクター２０と、リフレクター２０で反射した光を平行化する凹レンズ２１と、から構成され、システム光軸Ｌを中心軸とする光束を射出する。

一対のレンズアレイ１０，１１は、光源９から射出された光の輝度分布を均一化するものである。第１レンズアレイ１０は、複数の第１小レンズ２２がマトリクス状に配列されたものである。同様に、第２レンズアレイ１１は、複数の第２小レンズ２３がマトリクス状に配列されたものである。第１小レンズ２２と第２小レンズ２３とは１対１で対応している。光源９から射出された光は、複数の第１小レンズ２２に空間的に分割されて入射する。第１小レンズ２２は、入射した光を対応する第２小レンズ２３に結像させる。これにより、複数の第２小レンズ２３の各々に２次光源像が形成される。なお、第１小レンズ２２の外形形状は、液晶ライトバルブ６Ｒ，液晶ライトバルブ６Ｇ，液晶ライトバルブ６Ｂの画像形成領域の外形形状と略相似形となっている。

偏光変換素子１２は、一対のレンズアレイ１０，１１から射出された光の偏光状態を揃えるものである。偏光変換素子１２は、複数の偏光変換セル（図示略）を含んでいる。各偏光変換セルは、第２小レンズ２３の列と１対１で対応している。第２小レンズ２３に形成された２次光源像からの光は、この第２小レンズ２３の列に対応する偏光変換セルの入射領域に入射する。

偏光変換セルの各々には、入射領域に対応させて偏光ビームスプリッタ膜（以下、ＰＢＳ膜と称する）が設けられている。入射領域に入射した光は、ＰＢＳ膜を透過するＰ偏光とＰＢＳ膜を反射するＳ偏光に分離される。ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光はそれに対応させて配置された位相差板によりＳ偏光に偏光変換される。ＰＢＳ膜を反射したＳ偏光はさらに反射部材で、ＰＢＳ膜を透過したＰ偏光の射出方向と同じ方向に反射される。従って、本実施形態の偏光変換素子１２は入射した光をＳ偏光に揃えて射出する。

重畳レンズ１３は、偏光変換素子１２から射出された光を被照明領域である赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒ，緑色光変調用液晶ライトバルブ６Ｇ，青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂにて重畳させるものである。照明装置２から射出された光は、空間的に分割された後、重畳されることにより照明領域内での輝度分布が均一化される。

色分離光学系３は、ダイクロイックミラー１４と、緑色光用光分離素子５Ｇと、を含んでいる。ダイクロイックミラー１４は、所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ここでは、ダイクロイックミラー１４は、青色光ＬＢを反射させ、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過する分光特性を有している。すなわち、ダイクロイックミラー１４は、青色光ＬＢと、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲとを分離する。

本実施形態において、光分離素子５は、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの各色光を各色光の波長帯域内において互いに波長帯域が異なる第１の色光および第２の色光に分離し、これら第１の色光および第２の色光を互いに異なる方向から後述するレンズアレイに入射させる機能を有している。ただし、本実施形態の場合、３組の光分離素子５のうち、緑色光用光分離素子５Ｇのみは、上述した機能を有する他、色分離光学系３の一つの構成要素としても機能している。緑色光用光分離素子５Ｇは、緑色光ＬＧを反射させ、赤色光ＬＲを透過する分光特性を有している。すなわち、緑色光用光分離素子５Ｇは、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを分離する。

照明装置２から射出されたシステム光軸Ｌを中心軸とする光束は、ダイクロイックミラー１４に入射する。システム光軸Ｌを中心軸とする光束のうちの青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー１４で反射して青色光用光分離素子５Ｂに入射する。一方、ダイクロイックミラー１４を透過した緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲのうち、緑色光ＬＧは緑色光用光分離素子５Ｇで反射し、赤色光ＬＲは緑色光用光分離素子５Ｇを透過する。緑色光用光分離素子５Ｇを透過した赤色光ＬＲは、第１リレーレンズ１５を透過し、ミラー１６で反射した後、第２リレーレンズ１７を透過し、赤色光用光分離素子５Ｒに入射する。赤色光ＬＲの光路は他の青色光ＬＢの光路、緑色光ＬＧの光路と比べて光路長が長いため、光路長が長いことによる光の損失分を補償する目的で赤色光ＬＲの光路にはこのようなリレー光学系４を適用する。

青色光用光分離素子５Ｂは、青色光ＬＢを当該青色光ＬＢの波長帯域内において互いに波長帯域が異なる第１の青色光ＬＢ１（第１の色光）および第２の青色光ＬＢ２（第２の色光）に分離し、これら第１の青色光ＬＢ１および第２の青色光ＬＢ２を互いに異なる方向から青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂのレンズアレイ３６に入射させる。例えばダイクロイックミラー１４で反射した青色光ＬＢの波長帯域が４５０〜４９０ｎｍであったとすると、青色光用光分離素子５Ｂは、この青色光ＬＢを、波長帯域が４５０〜４７０ｎｍの第１の青色光ＬＢ１と、波長帯域が４７０〜４９０ｎｍの第２の青色光ＬＢ２とに分離する。

青色光用光分離素子５Ｂは、波長選択ミラー２５Ｂと、ミラー２６と、から構成されている。照明装置２に近い側に波長選択ミラー２５Ｂが配置され、照明装置２から遠い側にミラー２６が配置されている。波長選択ミラー２５Ｂは、波長帯域が４５０〜４７０ｎｍの第１の青色光ＬＢ１を反射し、波長帯域が４７０〜４９０ｎｍの第２の青色光ＬＢ２を透過する波長選択反射面２５Ｂａを有している。ミラー２６は、波長帯域にかかわらず、入射した光を反射する反射面２６ａを有している。したがって、青色光用光分離素子５Ｂに入射した光のうち、第１の青色光ＬＢ１は、波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａで反射する。第２の青色光ＬＢ２は、波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａを透過した後、ミラー２６の反射面２６ａで反射する。

波長選択ミラー２５Ｂとミラー２６とは、入射する青色光ＬＢの光軸（システム光軸Ｌ）と波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａとがなす角度θ１と、青色光ＬＢの光軸とミラー２６の反射面２６ａとがなす角度θ２が異なるように、青色光ＬＢの光軸に対して傾いて配置されている。例えば青色光ＬＢの光軸と波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａとがなす角度θ１は４５度＋α度、青色光ＬＢの光軸とミラー２６の反射面２６ａとがなす角度θ２は４５度−α度に設定されている。すなわち、波長選択反射面２５Ｂａに対する第１の青色光ＬＢ１の入射角と反射面２６ａに対する第２の青色光ＬＢ２の入射角とは異なっているから、波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａで反射した第１の青色光ＬＢ１の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第１の角度と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第２の青色光ＬＢ２の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第２の角度とは異なる。そのため、波長選択ミラー２５Ｂの波長選択反射面２５Ｂａで反射した第１の青色光ＬＢ１と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第２の青色光ＬＢ２とは、異なる角度でフィールドレンズ２８に入射する。

緑色光用光分離素子５Ｇの構成は、上述した青色光用光分離素子５Ｂの構成と同様である。緑色光用光分離素子５Ｇは、緑色光ＬＧを当該緑色光ＬＧの波長帯域内において互いに波長帯域が異なる第１の緑色光ＬＧ１（第１の色光）および第２の緑色光ＬＧ２（第２の色光）に分離し、これら第１の緑色光ＬＧ１および第２の緑色光ＬＧ２を互いに異なる方向から緑色光変調用液晶ライトバルブ６Ｇのレンズアレイ３６に入射させる。例えばダイクロイックミラー１４を透過した緑色光ＬＧの波長帯域が５００〜５６０ｎｍであったとすると、緑色光用光分離素子５Ｇは、この緑色光を、波長帯域が５００〜５３０ｎｍの第１の緑色光ＬＧ１と、波長帯域が５３０〜５６０ｎｍの第２の緑色光ＬＧ２とに分離する。

緑色光用光分離素子５Ｇを構成する波長選択ミラー２５Ｇは、波長帯域が５００〜５３０ｎｍの第１の緑色光ＬＧ１を反射し、波長帯域が５３０〜５６０ｎｍの第２の緑色光ＬＧ２と６２０〜７４０ｎｍの赤色光ＬＲとを含む光を透過する波長選択反射面２５Ｇａを有している。緑色光用光分離素子５Ｇに入射した光のうち、第１の緑色光ＬＧ１は波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａで反射し、第２の緑色光ＬＧ２は波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａを透過した後、ミラー２６の反射面２６ａで反射し、赤色光ＬＲは波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａ及びミラー２６の反射面２６ａを透過する。

波長選択ミラー２５Ｇとミラー２６とは、入射する緑色光ＬＧの光軸（システム光軸Ｌ）と波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａとがなす角度θ１と、緑色光ＬＧの光軸とミラー２６の反射面２６ａとがなす角度θ２が異なるように、緑色光ＬＧの光軸に対して傾いて配置されている。すなわち、波長選択反射面２５Ｇａに対する第１の緑色光ＬＧ１の入射角と反射面２６ａに対する第２の緑色光ＬＧ２の入射角とは異なっているから、波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａで反射した第１の緑色光ＬＧ１の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第１の角度と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第２の緑色光ＬＧ２の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第２の角度とは異なる。そのため、波長選択ミラー２５Ｇの波長選択反射面２５Ｇａで反射した第１の緑色光ＬＧ１と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第２の緑色光ＬＧ２とは、異なる角度でフィールドレンズ２８に入射する。

赤色光用光分離素子５Ｒの構成は、上述した青色光用光分離素子５Ｂ、緑色光用光分離素子５Ｇの構成と同様である。赤色光用光分離素子５Ｒは、赤色光ＬＲを当該赤色光ＬＲの波長帯域内において互いに波長帯域が異なる第１の赤色光ＬＲ１（第１の色光）および第２の赤色光ＬＲ２（第２の色光）に分離し、これら第１の赤色光ＬＲ１および第２の赤色光ＬＲ２を互いに異なる方向から赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒのレンズアレイ３６に入射させる。例えば緑色光用光分離素子５Ｇを透過した赤色光ＬＲの波長帯域が６２０〜７４０ｎｍであったとすると、赤色光用光分離素子５Ｒは、この赤色光ＬＲを、波長帯域が６２０〜６８０ｎｍの第１の赤色光ＬＲ１と、波長帯域が６８０〜７４０ｎｍの第２の赤色光ＬＲ２とに分離する。

赤色光用光分離素子５Ｒを構成する波長選択ミラー２５Ｒは、波長帯域が６８０〜７４０ｎｍの第２の赤色光ＬＲ２を反射し、波長帯域が６２０〜６８０ｎｍの第１の赤色光ＬＲ１を透過する波長選択反射面２５Ｒａを有している。したがって、赤色光用光分離素子５Ｒに入射した光のうち、第２の赤色光ＬＲ２は波長選択ミラー２５Ｒの波長選択反射面２５Ｒａで反射し、第１の赤色光ＬＲ１は波長選択ミラー２５Ｒの波長選択反射面２５Ｒａを透過した後、ミラー２６の反射面２６ａで反射する。

なお、青色光用光分離素子５Ｂと緑色光用光分離素子５Ｇにおいては、各波長選択ミラー２５Ｂ，２５Ｇが、短波長側の第１の青色光ＬＢ１もしくは第１の緑色光ＬＧ１を反射し、長波長側の第２の青色光ＬＢ２もしくは第２の緑色光ＬＧ２を透過する特性を有していた。これに対し、赤色光用光分離素子５Ｒにおいては、波長選択ミラー２５Ｒが、長波長側の第２の赤色光ＬＲ２を反射し、短波長側の第１の赤色光ＬＲ１を透過する特性を有している点が、青色光用光分離素子５Ｂおよび緑色光用光分離素子５Ｇとは異なる。これは、後述するダイクロイックプリズム７で各色光を合成する際に第１の色光同士、第２の色光同士が合成されるようにして、右眼用画像および左目用画像を形成するためである。

波長選択ミラー２５Ｒとミラー２６とは、入射する赤色光ＬＲの光軸と波長選択ミラー２５Ｒの波長選択反射面２５Ｒａとがなす角度θ１と、赤色光ＬＲの光軸とミラー２６の反射面２６ａとがなす角度θ２が異なるように、光軸に対して傾いて配置されている。すなわち、波長選択反射面２６Ｒａに対する第２の赤色光ＬＲ２の入射角と反射面２６ａに対する第１の赤色光ＬＲ１の入射角とは異なっているから、波長選択ミラー２５Ｒの波長選択反射面２５Ｒａで反射した第１の赤色光ＬＲ１の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第１の角度と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第２の赤色光ＬＲ２の主光線とシステム光軸Ｌとがなす第２の角度とは異なる。そのため、波長選択ミラー２５Ｒの波長選択反射面２５Ｒａで反射した第２の赤色光ＬＲ２と、ミラー２６の反射面２６ａで反射した第１の赤色光ＬＲ１とは、異なる角度でフィールドレンズ２８に入射する。

フィールドレンズ２８に互いに異なる角度で入射した第１の青色光ＬＢ１と第２の青色光ＬＢ２とは、フィールドレンズ２８によってそれぞれの主光線と略平行な光になるように屈折し、互いに異なる入射角で青色光用液晶ライトバルブ６Ｂにそれぞれ入射する。緑色光ＬＧについても、青色光ＬＢと同様であり、第１の緑色光ＬＧ１と第２の緑色光ＬＧ２とは、互いに異なる入射角で緑色光用液晶ライトバルブ６Ｇにそれぞれ入射する。赤色光ＬＲについても、青色光ＬＢと同様であり、第１の赤色光ＬＲ１と第２の赤色光ＬＲ２とは、互いに異なる入射角で赤色光用液晶ライトバルブ６Ｒにそれぞれ入射する。

青色光用液晶ライトバルブ６Ｂ、緑色光用液晶ライトバルブ６Ｇ、赤色光用液晶ライトバルブ６Ｒは、図１に示すように、光が入射する側から順に、入射側偏光板３０、液晶パネル３１（３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ）、射出側偏光板３２が配置され、液晶パネル３１の入射側にレンズアレイ３６が配置された構成（図２参照）となっている。

本実施形態の液晶パネル３１は、一対の基板間に液晶層が挟持された透過型の液晶パネルである。図２では、液晶パネル３１の詳細な構成の図示は省略し、液晶パネル３１を１枚の板状に描いている。液晶パネル３１の画像形成領域には複数の画素ＰＲ，ＰＬがマトリクス状に配置されている。液晶パネル３１には、隣り合う画素ＰＲ，ＰＬの間を区画するブラックマトリクス３３が設けられている。

液晶パネル３１の画像形成領域は、図３に示すように、右眼用画像（第１の画像）の情報に応じて光を変調する複数の右眼用画素ＰＲ（第１の画素）が画面垂直方向に連続して配列された右眼用画素群ＰＧＲ（第１の画素群）と、左眼用画像（第２の画像）の情報に応じて光を変調する複数の左眼用画素ＰＬ（第２の画素）が画面垂直方向に連続して配列された左眼用画素群ＰＧＬ（第２の画素群）と、を有している。右眼用画素群ＰＧＲと左眼用画素群ＰＧＬとは、画面水平方向に交互に配列されている。図３においては、左から数えて１番目、３番目の列が右眼用画素群ＰＧＲであり、左から数えて２番目、４番目の列が左眼用画素群ＰＧＬである。

なお、「画面垂直方向」とは、右眼用画素ＰＲ、左眼用画素ＰＬの各々に右眼用画像データ、左眼用画像データを供給するデータ線（図示せず）の延在方向であり、図３における縦方向である。「画面水平方向」とは、右眼用画素ＰＲ、左眼用画素ＰＬの各々を走査する走査線（図示せず）の延在方向であり、図３における横方向である。

液晶パネル３１の光入射側には、図２に示すように、例えば光透過性を有する光学接着剤等の接合材３４を介して複数のレンズ３５（マイクロレンズ）からなるレンズアレイ３６（マイクロレンズアレイ）が設けられている。レンズアレイ３６においては、図２および図３に示すように、互いに隣り合う右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬからなる一対の画素に対して１個のレンズ３５が対応するように配置されている。１個のレンズ３５は、図４に示すように、一対の右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向（画面水平方向）に曲率を持ち、一対の右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に直交する方向（画面垂直方向）には曲率を持たないシリンドリカルレンズで構成されている。本実施形態のレンズアレイ３６は、この種のシリンドリカルレンズからなる複数のレンズ３５が、一対の右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に直交する方向（画面垂直方向）に直線状に配列されている。レンズアレイ３６の全体としては、複数のレンズ３５がマトリクス状に配列された構成を有している。

本実施形態の場合、図２に示すように、例えばレンズアレイ３６に対して所定の角度で入射した第１の青色光ＬＢ１（第１の色光）は、レンズ３５によって右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に集束された状態で右眼用画素ＰＲに入射する。一方、第１の青色光ＬＢ１とは異なる角度で入射した第２の青色光ＬＢ２（第２の色光）は、レンズ３５によって右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に集束された状態で左眼用画素ＰＬに入射する。

なお、本実施形態では、液晶パネル３１の光入射側に結合材３４を介してレンズアレイ３６が固定されているため、右眼用画素ＰＲ、左眼用画素ＰＬとレンズアレイ３６の各レンズ３５との位置関係がずれることがない。その結果、第１の青色光ＬＢ１が右眼用画素ＰＲに、第２の青色光ＬＢ２が左眼用画素ＰＬに確実に入射する状態が維持される点で好ましい。しかしながら、レンズアレイ３６は、液晶パネル３１の光入射側に配置されていれば良く、必ずしも液晶パネル３１に固定されていなくても良い。

各液晶パネル３１は、画像情報を含んだ画像信号を供給するパーソナルコンピューター等の信号源（図示略）と電気的に接続されている。各液晶パネル３１は、供給された右眼用画像信号、左眼用画像信号に基づいて入射光を画素毎に変調し、右眼用画素ＰＲを用いて右眼用画像、左眼用画素ＰＬを用いて左眼用画像を同時に形成する。青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂ，緑色光変調用液晶ライトバルブ６Ｇ，赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒは、それぞれ青色画像、緑色画像、赤色画像を内包した変調光を射出する。青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂ，緑色光変調用液晶ライトバルブ６Ｇ，赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒにより変調された光（形成された画像）は、ダイクロイックプリズム７に入射する。

ダイクロイックプリズム７は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズム７の内面になる。ダイクロイックプリズム７の内面に、赤色光が反射してその他の色光が透過するミラー面と、青色光が反射してその他の色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズム７に入射した第１の緑色光ＬＧ１および第２の緑色光ＬＧ２は、ミラー面をそのまま直進して射出される。ダイクロイックプリズム７に入射した第１の赤色光ＬＲ１および第２の赤色光ＬＲ２、第１の青色光ＬＢ１および第２の青色光ＬＢ２は、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光の射出方向と同じ方向に射出される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射レンズ８によってスクリーン等の被投射面に拡大投写される。

図１に示すように、眼鏡５３は、観察者の右目に選択された波長域の光だけを入射させる第１選択部５１と、観察者の左目に選択された波長域の光だけを入射させる第２選択部５２を備える。第１選択部５１は、ダイクロイックミラー１４、緑色用光分離素子５Ｇ、青色用光分離素子５Ｂ、及び赤色用光分離素子５Ｒにより分離された、第１の青色光ＬＢ１、第１の緑色光ＬＧ１、および第１の赤色光ＬＲ１Ｇに該当する波長域の光を選択的に透過する、つまり第１の色光を選択的に透過する波長選択素子を備える。第２選択部５２は、ダイクロイックミラー１４、緑色用光分離素子５Ｇ、青色用光分離素子５Ｂ、及び赤色用光分離素子５Ｒにより分離された、第２の青色光ＬＢ２、第２の緑色光ＬＧ２、および第２の赤色光ＬＲ２Ｇに該当する波長域の光を選択的に透過する、つまり第２の色光を選択的に透過する波長選択素子を備える。このような眼鏡５３とプロジェクター１とを備えたプロジェクションシステム５０において、観察者は、眼鏡５３を介してプロジェクター１から投写された映像を、立体画像として観察することができる。

本実施形態の場合、各色光は互いに波長帯域が異なる第１の色光と第２の色光とで構成されているため、波長帯域が４５０〜４７０ｎｍの第１の青色光ＬＢ１と、波長帯域が５００〜５３０ｎｍの第１の緑色光ＬＧ１と、波長帯域が６２０〜６８０ｎｍの第１の赤色光ＬＲ１とが、ダイクロイックプリズム７により合成されて右眼用画像が形成される。また、波長帯域が４７０〜４９０ｎｍの第２の青色光ＬＢ２と、波長帯域が５３０〜５６０ｎｍの第２の緑色光ＬＧ２と、波長帯域が６８０〜７４０ｎｍの第２の赤色光ＬＲ２とが、ダイクロイックプリズム７により合成されて左眼用画像が形成される。よって、右眼用画像と左眼用画像とは、各画像を構成する光の波長帯域が異なっている。ただし、右眼用画像と左眼用画像とは必ずしも色相が異なるわけではなく、画像信号の補正等により色相を合わせることが可能である。

よって、観察者は、右眼で各色光のうちの第１の青色光ＬＢ１、第１の緑色光ＬＧ１、および第１の赤色光ＬＲ１を透過し、左眼で各色光のうちの第２の青色光ＬＢ２、第２の緑色光ＬＧ２、および第２の赤色光ＬＲ２を透過する波長選択性を有する眼鏡を装着して被投射面を見れば、右眼用画像と左眼用画像とからなる立体画像を視認することができる。このように、本実施形態のプロジェクター１においては、右眼用画像と左眼用画像とが同時に投射され、右眼用画像と左眼用画像を時分割で交互に投射する従来技術のように、表示に寄与しない光が射出されるフレームが時間的に存在することがない。その結果、本実施形態のプロジェクター１によれば、従来よりも明るい立体画像表示を実現することができる。

［レンズアレイの第１変形例］
上記実施形態では、液晶パネル３１の光入射側のレンズアレイ３６を構成する個々のレンズ３５がシリンドリカルレンズであった。この構成に代えて、図５に示すように、一対の右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向（画面水平方向）と、前記配列方向と直交する方向（画面垂直方向）の双方向に曲率を有する複数の凸レンズ４０で構成されたレンズアレイ４１を用いても良い。

このレンズアレイ４１を用いた場合、第１の色光、第２の色光の各々を一対の右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬの配列方向に集束させるのみならず、配列方向と直交する方向にも集束させることができる。その結果、液晶パネル３１に照射された光がブラックマトリクス３３に囲まれた画素の開口部に入射する割合が増えるため、光の利用効率を向上させることができる。

［レンズアレイの第２変形例］
上記実施形態では、複数の右眼用画素ＰＲ、複数の左眼用画素ＰＬがそれぞれ画面垂直方向に連続して配列され、レンズアレイ３６の複数のレンズ３５が、右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に直交する方向（画面垂直方向）に直線状に配列されていた。この構成に代えて、図６に示すように、右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬの各々が画面垂直方向および画面水平方向に交互に配列された液晶パネルを用いても良い。その場合、画面垂直方向に並ぶ複数のレンズ３５が、画面水平方向に１画素分ずれて配置されたレンズアレイを用いることが望ましい。

この構成によれば、右眼用画像、左眼用画像の各々が、画面垂直方向、画面水平方向の双方に交互に配列された画素で構成されるため、画面垂直方向の画素１列分もしくは画面水平方向の画素１行分の画像がまるごと欠落することがなく、解像度の低下を感じにくくすることができる。

［レンズアレイの第３変形例］
もしくは、図７に示すように、右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬの一対の画素が画面垂直方向に並んで配置され、複数の右眼用画素ＰＲ、複数の左眼用画素ＰＬがそれぞれ画面水平方向に連続して配列された液晶パネルを用いても良い。この場合、右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬの一対の画素の配列方向に対応して、レンズアレイの各レンズ３５は少なくとも画面垂直方向に曲率を持つ形状となる。そして、複数のレンズ３５が、右眼用画素ＰＲと左眼用画素ＰＬとの配列方向に直交する方向（画面水平方向）に直線状に配列されている。

［光分離素子の第１変形例］
上記実施形態では、波長選択ミラー２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂとミラー２６とからなる光分離素子の例を挙げた。この構成に代えて、例えば図８に示すように、ミラー４３とフィールドレンズ２８との間に、入射光Ｌの光軸に対して傾いて配置された、屈折率の波長分散を有する光透過板４４で構成された光分離素子を用いても良い。この構成では、透過光の波長によって光透過板４４の屈折角が異なるため、光透過板４４は、互いに波長帯域が異なる２つの色光を分離するとともに、異なる角度で後段の光学素子に入射させることができる。

この構成によれば、一つの光透過板４４を光路内に挿入するだけの簡易な構成で各光を右眼用画素ＰＲもしくは左眼用画素ＰＬに入射させることができるため、プロジェクターの構成を簡略化することができる。

［光分離素子の第２変形例］
もしくは、図９に示すように、回折格子４５で構成された光分離素子を用いても良い。この構成では、入射光の波長帯域によって回折格子４５の回折角が異なるため、回折格子４５は、互いに波長帯域が異なる２つの色光を分離するとともに、異なる角度で後段の光学素子に入射させることができる。

この構成によれば、一つの回折格子４５を光路内に挿入するだけの簡易な構成で各光を右眼用画素ＰＲもしくは左眼用画素ＰＬに入射させることができるため、プロジェクターの構成を簡略化することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、白色光を射出する光源を備えた照明装置を用い、光源からの白色光を色分離光学系で３つの色光に分離する構成としたが、この構成に代えて、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ射出する光源を備えた照明装置を用いても良い。この構成とすれば、色分離光学系を用いる必要がなく、装置構成を簡略化することができる。その他、プロジェクターの各構成要素の形状、数、配置等に関しては、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、同一の被投射面上に複数種類の画像を表示する例として、右眼用画像と左眼用画像とで構成される立体画像表示の例を挙げたが、この用途に限ることなく、例えば２人の観察者が一つの被投射面を見たときに、各観察者が内容の異なる第１の画像、第２の画像のいずれか一方を選択的に視認する技術に本発明を適用しても良い。

１…プロジェクター、２…照明装置、５…光分離素子（５Ｒ…赤色光用光分離素子、５Ｇ…緑色光用光分離素子、５Ｂ…青色光用光分離素子）、６…液晶ライトバルブ（光変調素子、６Ｒ…赤色光変調用液晶ライトバルブ、６Ｇ…緑色光変調用液晶ライトバルブ、６Ｂ…青色光変調用液晶ライトバルブ）、７…ダイクロイックプリズム（色合成光学系）、８…投射レンズ（投射光学系）、２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ…波長選択ミラー、２６…ミラー、３５，４０…レンズ、３６，４１…レンズアレイ、４４…光透過板（光分離素子）、４５…回折格子（光分離素子）、５０…プロジェクションシステム、５１…第１選択部、５２…第１選択部、５３…眼鏡、ＰＲ…右眼用画素（第１の画素）、ＰＬ…左眼用画素（第２の画素）。

Claims (9)

1. 互いに異なる色の複数の色光を含む光を射出する照明装置と、
   前記複数の色光のそれぞれに対応して設けられ、当該対応する色光のうち所定の波長域の第１の色光を第１の角度で反射し、前記対応する色光のうち前記所定の波長域とは異なる波長域の第２の色光を前記第１の角度とは異なる第２の角度で反射する複数の光分離素子と、
   第１の画像の情報に応じて光を変調する複数の第１の画素と、前記第１の画像とは異なる第２の画像の情報に応じて光を変調する複数の第２の画素と、をそれぞれ備え、前記複数の光分離素子のそれぞれに対応して設けられる複数の光変調素子と、
   前記光分離素子で反射された前記第１の色光を前記複数の第１の画素のうちの少なくとも1つに集光するとともに、前記少なくとも1つの第１の画素に隣り合う前記複数の第２の画素のうちの少なくとも1つに前記光分離素子で反射された前記第２の色光を集光するレンズを複数備え、前記複数の光変調素子のそれぞれの光入射側に設けられる複数のレンズアレイと、
   前記複数の光変調素子によって変調された前記複数の色光を合成する色合成光学系と、
   前記色合成素子によって合成された光を投射する投射光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクター。
2. 前記複数の光分離素子が、前記第１の色光および前記第２の色光のうちのいずれか一方の光を反射させて他方の光を透過させる波長選択反射面を有する波長選択ミラーと、前記波長選択ミラーの後段に設けられ、前記波長選択ミラーを透過した光を反射させる反射面を有するミラーと、をそれぞれ備え、
   前記波長選択反射面に対する光の入射角と前記反射面に対する光の入射角とが異なることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記複数の光分離素子が、入射光の光軸に対して傾いて配置された、屈折率の波長分散を有する光透過板をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
4. 前記複数の光分離素子が、回折格子をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
5. 前記複数のレンズアレイの前記レンズが、前記隣り合う第１の画素と第２の画素との配列方向に曲率を有するシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記複数のレンズアレイの前記レンズが、前記隣り合う第１の画素と第２の画素との配列方向および前記配列方向と直交する方向に曲率を有する凸レンズであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記複数の光変調素子は、
   前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素の各々が前記光変調素子の画面垂直方向に連続してそれぞれ配列され、
   前記画面垂直方向に並ぶ前記複数のレンズが、前記第１の画素と前記第２の画素の配列に対応して直線状に配置されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
8. 前記複数の光変調素子は、
   前記複数の第１の画素と前記複数の第２の画素の各々が前記光変調素子の画面垂直方向および画面水平方向にそれぞれ交互に配列されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のプロジェクターと、
   前記複数の色光のそれぞれ前記第１の色光を選択的に透過する第１選択部と、前記複数の色光のそれぞれ前記第２の色光を選択的に透過する第２選択部とを備える眼鏡と、
   を備えることを特徴とするプロジェクションシステム。

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