JP3997958B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置として、液晶パネル（液晶表示装置）、ＣＲＴ表示装置、プラズマディスプレイ装置等のドットマトリックス画像表示装置が多く用いられている。ドットマトリックス画像表示装置は、二次元的に周期的に配列された多数の画素によって画像を表現する。この時、この周期的配列構造に起因する、いわゆるサンプリングノイズが発生し、画質が劣化する（画像がざらついて見える）現象がみられる。そして、画質が劣化する現象を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１２２７０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ドットマトリックス画像表示装置においては、画素と画素との間に領域は、不要光を低減するためにブラックマトリックスと呼ばれる遮光部が設けられている。近年、画像表示装置の使用態様として、大画面を比較的近距離から観察する場合が多くなってきている。このため、観察者がブラックマトリックスの像を認識してしまう場合がある。このように、従来のドットマトリックス画像表示装置は、ブラックマトリックスの像のため、スムーズさの少ない画像、又はざらつきを有する画像等のように画質が劣化するという問題点を有している。上述の特許文献１では、ブラックマトリックスの像に起因する画質の劣化を低減することは困難である。
【０００５】
このため、観察者がブラックマトリックス等の遮光部を認識することがないように、画像表示装置からの光を、プリズム群へ入射させることが考えられる。プリズム群の平坦部は、画像表示装置からの光をそのまま透過させる。また、プリズム群の屈折面は、画像表示装置からの光を屈折させて透過させる。このような、プリズム群を透過した光は、平坦部を射出した後そのまま直進する光に加えて、プリズムの屈折面で光路を偏向された光も生ずる。光路を偏向された光により、画素像がブラックマトリックス上に形成される。これにより、ブラックマトリクスを認識することを低減できる。換言すると、プリズム群を用いることで、投写される画素像を拡大してブラックマトリックスを認識することを低減している。
【０００６】
しかしながら、プロジェクタは映画等の画像データの投写だけではなく、プレゼンテーションにおいて文字、グラフ、表等の画像（以下、総称して「テキスト画像」という。）を投写する場合にも使用される頻度が高い。テキスト画像を投写する場合に、上述のプリズム群を用いると、却ってテキスト画像の締りがなくなってしまい画質を低下させてしまう。また、映画を鑑賞する場合と、プレゼンテーションをする場合とで、用途を分けてそれぞれ専用のプロジェクタを準備するのは不経済である。従って１台のプロジェクタで、様々な用途において、高品質な画像を得られることが望ましい。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、映画やプレゼンテーション等の様々な用途において、高品質な投写像を得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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光を供給する光源と、光源からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、変調された光を投写する投写レンズとを有し、空間光変調装置の射出側の光路中に、光学素子を挿脱する挿脱部をさらに有し、挿脱部は、空間光変調装置と光学素子との相対的な角度を一定にするための位置決め部を有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。
【０００９】
１台のプロジェクタに対して、画像信号が映画等の場合には、例えばプリズム群等の光学素子を空間光変調装置の射出側の光路内に挿入する。これにより、プリズム群の屈折作用により、空間光変調装置からの変調光が屈折されて、投写像のブラックマトリックスを認識することを低減できる。また、このプロジェクタをプレゼンテーションに使用する場合は、プリズム群等の光学素子を光路外へ退避する。これにより、文字等のテキスト画像は、空間光変調装置からの変調光が、そのまま投写される。この結果、シャープな投写像を得ることができる。シャープな画像とは、いわゆる、きれの有る、引き締まった鮮明な画像をいう。また、空間光変調装置の変調面上の画素と、プリズム群とは、相対的に所定の角度関係であることを要する。本発明では、空間光変調装置と光学素子との相対的な角度を一定にするための位置決め部を有している。このため、光学素子を光路内に挿入すれば、光学素子の位置決めを行うことができる。
【００１０】
また、本発明の好ましい態様によれば、挿脱部は、光学素子と異なる他の光学素子をさらに有し、光学素子と他の光学素子とを択一的に光路内に挿脱し、光学素子が光路内に挿入された状態の光学的光路長と、他の光学素子が光路内に挿入された状態の光学的光路長とは、略等しいことが望ましい。光学素子を単に光路内へ挿脱すると、光学素子が光路内に挿入されている状態と、光学素子が光路外へ退避している状態とでは、空間光変調装置からスクリーンまでの光学的な光路長（屈折率×厚さ）が異なってしまう。このため、単に光学素子を光路に挿脱すると、投写像のピントがぼけてしまう。本態様では、光学素子が光路内に挿入された状態の光学的光路長と、他の光学素子が光路内に挿入された状態の光学的光路長とは、略等しいように構成されている。これにより、光学素子及び他の光学素子の何れを選択している場合でも、常にピントの合った高品質な画像を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、光学素子は、屈折光学素子、又は回折光学素子であり、他の光学素子は、光学的に透明な平行平板であることが望ましい。屈折光学素子は、空間光変調装置からの光を屈折させて偏向する。また、回折光学素子は、空間光変調装置からの光を回折させて偏向する。空間光変調装置からの光が屈折又は回折されることで、スクリーンにおける画素の像の位置がシフトする。そして、画素の像の位置が画素間のブラックマトリックス上にシフトするように、光を屈折又は回折させる。これにより、観察者はブラックマトリックスを認識することを低減できる。また、他の光学素子は平行平板である。平行平板は、屈折、回折等の光学的な作用を生じないノンパワーな要素である。このため、テキスト画像を投写する場合は、平行平板を光路内へ挿入する状態にする。これにより、空間光変調装置からの変調光をそのまま投写できる。この結果、シャープな投写像を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様によれば、挿脱部は、空間光変調装置と投写レンズとの間の光路内に設けられていることが望ましい。これにより、例えば、３板式のプロジェクタの場合、各波長領域の色光に対応した空間光変調装置ごとに、各色光に最適化したプリズム群を用いることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様によれば、挿脱部は、投写レンズの射出側に設けられていることが望ましい。これにより、複数のプリズム群ではなく、単独のプリズム群を用いれば良い。この結果、安価で簡易な構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプロジェクタの概略構成を示す。
（プロジェクタ全体説明）
初めに図１を参照して、本発明の実施形態１に係るプロジェクタの概略構成を説明する。次に、図２以降を参照して、本実施形態の特徴的な構成を説明する。まず、図１において、光源部である超高圧水銀ランプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。インテグレータ１０４は、超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度分布を均一化する。照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０５にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒに入射する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０７に入射する。反射ミラー１０７は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光であるＲ光を画像信号に応じて変調する第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００１６】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒは、λ/２位相差板１２３Ｒ、ガラス板１２４Ｒ、第１偏光板１２１Ｒ、液晶パネル１２０Ｒ、及び第２偏光板１２２Ｒを有する。液晶パネル１２０Ｒの詳細な構成については後述する。λ/２位相差板１２３Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒは、偏光方向を変換させない透光性のガラス板１２４Ｒに接する状態で配置される。これにより、第１偏光板１２１Ｒ及びλ/２位相差板１２３Ｒが、発熱により歪んでしまうという問題を回避できる。なお、図１において、第２偏光板１２２Ｒは独立して設けられているが、液晶パネル１２０Ｒの射出面や、クロスダイクロイックプリズム１１２の入射面に接する状態で配置しても良い。
【００１７】
第１色光用空間光変調装置１１０Ｒに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｒによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＲ光は、ガラス板１２４Ｒ及び第１偏光板１２１Ｒをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｒに入射する。液晶パネル１２０Ｒに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｒ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｒの変調により、ｓ偏光光に変換されたＲ光が、第２偏光板１２２Ｒから射出される。このようにして、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００１８】
次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｒで反射された、Ｇ光とＢ光とは光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇで反射されたＧ光は、第２色光であるＧ光を画像信号に応じて変調する第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。第２色光用空間光変調装置１１０ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１２０Ｇ、第１偏光板１２１Ｇ及び第２偏光板１２２Ｇを有する。
【００１９】
第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。第２色光用空間光変調装置１１０Ｇに入射したｓ偏光光は、第１偏光板１２１Ｇをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｇに入射する。液晶パネル１２０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｇ光がｐ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｇの変調により、ｐ偏光光に変換されたＧ光が、第２偏光板１２２Ｇから射出される。このようにして、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇで変調されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。
【００２０】
次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０８と、２枚の反射ミラー１０７とを経由して、第３色光であるＢ光を画像信号に応じて変調する第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００２１】
なお、Ｂ光にリレーレンズ１０８を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１０８を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇを透過したＢ光を、そのまま第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに導くことができる。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂは、λ/２位相差板１２３Ｂ、ガラス板１２４Ｂ、第１偏光板１２１Ｂ、液晶パネル１２０Ｂ、及び第２偏光板１２２Ｂを有する。なお、第３色光用空間光変調装置１１０Ｂの構成は、上述した第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの構成と同様なので、詳細な説明は省略する。
【００２２】
第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂに入射したｓ偏光光は、λ/２位相差板１２３Ｂによりｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光に変換されたＢ光は、ガラス板１２４Ｂ及び第１偏光板１２１Ｂをそのまま透過し、液晶パネル１２０Ｂに入射する。液晶パネル１２０Ｂに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調により、Ｂ光がｓ偏光光に変換される。液晶パネル１２０Ｂの変調により、ｓ偏光光に変換されたＢ光が、第２偏光板１２２Ｂから射出される。第３色光用空間光変調装置１１０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。このように、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０６ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１０６Ｇとは、超高圧水銀ランプ１０1から供給される光を、第１色光であるＲ光と、第２色光であるＧ光と、第３色光であるＢ光とに分離する。
【００２３】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１１２ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇ、及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。合成された光は、挿脱部である光学フィルタ１３０に入射する。光学フィルタ１３０の詳細な構成は図２、３を用いて後述する。光学フィルタ１３０を透過した光は投写レンズ１１４に入射する。投写レンズ１１４は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１１６に投写する。これにより、スクリーン１１６上でフルカラー画像を得ることができる。
【００２４】
なお、上述のように、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒ及び第３色光用空間光変調装置１１０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、第２色光用空間光変調装置１１０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１１２に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１１２において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００２５】
（光学フィルタの構成）
次に、図２を用いて光学フィルタ１３０の詳細について説明する。図２は、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂから投写レンズ１１４までの概略構成を示す。光学フィルタ１３０は、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂから投写レンズ１１４までの間の光路中、特にクロスダイクロイックプリズム１１２から投写レンズ１１４までの光路内に設けられている。これにより、後述するような複数の光学フィルタではなく、単独の光学フィルタ１３０を用いれば良い。この結果、安価で簡易な構成することができる。
【００２６】
挿脱部である光学フィルタ１３０は、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの射出側に設けられている。そして、光学フィルタ１３０には、屈折光学素子であるプリズム群２１０と、他の光学素子である光学的に透明な平行平板２５０とが形成されている。プロジェクタ１００で、映画等の画像を投写する場合は、図２で示すように、プリズム群２１０を光路内に挿入し、平行平板２５０を光路外へ退避させる状態にする。
【００２７】
図３は、光学フィルタ１３０の概略構成を示す。プリズム群２１０は、Ｖ字形状の溝と平坦部とからなるマイクロプリズム素子２１１をアレイ状に配列して構成されている。各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光のうち、プリズム群２１０の平坦部を透過した光は、そのまま直進して画素像を形成する。これに対して、プリズム群２１０のＶ字形状の溝に入射した光は、溝の斜面で屈折されることで偏向する。斜面角度と斜面の向きは、偏向した光が画素間のブラックマトリックス像上にシフトするような値に設定されている。これにより、観察者は、スクリーン１１６上でブラックマトリックスを認識することを低減できる。斜面の向きと、画素とのアライメントについては後述する。
【００２８】
図２に戻って、不図示のモータは、レバー２４０を介して、光学フィルタ１３０を光軸ＡＸに略垂直な方向に沿って移動させて、択一的にプリズム群２１０と平行平板２５０とを光路内へ挿入できる。この際、光学フィルタ１３０は、４つのガイド２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにより、その移動方向が矢印Ａで示す一方向に規制される。そして、プリズム群２１０を光路内へ挿入させる方向へ光学フィルタ１３０を移動させると、位置決め部２３０ａに光学フィルタ１３０の端部が当接した状態で光学フィルタ１３０は停止する。位置決め部２３０ａ、２３０ｂは、ばね等の弾性部材で構成されている。光学フィルタ１３０が、位置決め部２３０ａに当接した状態において、プリズム群２１０と、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの画素とは、相対的な角度が一定に保たれている。
【００２９】
上述したように、プリズム群２１０のＶ字形状の溝の斜面の方向は、画素からの光を屈折させて偏向する方向に対応する。このため、画素からの光を、ブラックマトリックスを覆うように偏向させるためには、画素とプリズム群２１０、特にＶ字形状の溝の斜面とは、相対的に所定の角度関係となるように構成することが望ましい。本実施形態では、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの位置は固定されている。従って、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに対して、光学フィルタ１３０を角度に関してアライメントする。本実施形態では、位置決め部２３０により、光学フィルタ１３０が停止した状態で、所定の角度となるように構成されている。このように、本実施形態では、プリズム群２１０を光路内に挿入すれば、プリズム群２１０の位置決めを行うことができる。
【００３０】
また、プロジェクタ１００で、プレゼンテーションにおいてテキスト画像を投写する場合は、平行平板２５０を光路内に挿入する。この場合、不図示のモータはレバー２４０を介して、光学フィルタ１３０を反対方向（図中Ａ方向）へ移動させる。光学フィルタ１３０の端部は、弾性部材で構成されている位置決め部２３０ａが撓むことで、プリズム群２１０が光路内に挿入されている状態よりもさらに図中Ａ方向へ移動する。そして、光学フィルタ１３０の他の端部が位置決め部２３０ｂに当接する状態で停止する。この状態において、平行平板２５０が光路内に挿入され、プリズム群２１０は光路外へ退避している。
【００３１】
平行平板２５０は、屈折、回折等の光学的な作用を生じないノンパワーな要素である、このため、テキスト画像を投写する場合は、平行平板２５０が光路内へ挿入されているので、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの変調光をそのまま投写できる。この結果、シャープな投写像を得ることができる。
【００３２】
このように、本実施形態では、１台のプロジェクタ１００に対して、画像信号が映画等の場合には、例えばプリズム群２１０を各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの射出側の光路内に挿入する。これにより、プリズム群２１０の屈折作用により、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの変調光が屈折されて、投写像のブラックマトリックスを認識することを低減できる。また、このプロジェクタ１００をプレゼンテーションに使用する場合は、プリズム群２１０を光路外へ退避する。これにより、文字等のテキスト画像は、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの変調光が、そのまま投写される。この結果、シャープな投写像を得ることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、光学素子であるプリズム群２１０が光路内に挿入された状態の光学的光路長と、他の光学素子である平行平板２５０が光路内に挿入された状態の光学的光路長とは、略等しい。このために、プリズム群２１０を構成する硝子部材の屈折率×厚さと、平行平板２５０を構成する硝子部材の屈折率×厚さとが略等しくなるように構成する。プリズム群２１０を単に光路内へ挿脱すると、プリズム群２１０が光路内に挿入されている状態と、プリズム群２１０が光路外へ退避している状態とでは、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからスクリーン１１６までの光学的光路長が異なってしまう。このため、単にプリズム群２１０のみを光路に挿脱すると、投写像のピントがぼけてしまう。本実施形態では、プリズム群２１０を光路に挿脱した場合、常にピントの合った投写像を得られる。例えば、映画を投写する場合、及びテキスト画像を投写する場合の何れの場合でも常にピントの合った高品質な画像を得ることができる。
【００３４】
（実施形態２）
図４、５は、本発明の実施形態２に係るプロジェクタ４００の各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからスクリーン１１６までの概略構成を示す。超高圧水銀ランプから各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂまでの構成は、上記実施形態１と同一であるため、図示を省略する。また、上記実施形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、Ｒ光用の第１色光用空間光変調装置１１０Ｒとクロスダイクロイックプリズム１１２との間の光路中に、挿脱部であるＲ光用光学フィルタ４０１Ｒが光路内に設けられている。Ｒ光用光学フィルタ４０１Ｒは、プリズム群が形成されている。また、Ｒ光用光学フィルタ４０１Ｒは、モータＭにより、光路内へ挿脱可能に構成されている。図４では、Ｒ光用光学フィルタ４０１Ｒが光路内へ挿入されている状態を示す。
【００３５】
同様に、Ｇ光用の第２色光用空間光変調装置１１０Ｇとクロスダイクロイックプリズム１１２との間の光路中に、Ｇ光用光学フィルタ４０１Ｇが設けられている。また、Ｂ光用の第３色光用空間光変調装置１１０Ｂとクロスダイクロイックプリズム１１２との間の光路中に、Ｂ光用光学フィルタ４０１Ｂが設けられている。Ｇ光用光学フィルタ４０１ＧとＢ光用光学フィルタ４０１Ｂとの何れのフィルタもモータＭにより光路内へ挿脱可能である。図４では、Ｇ光用光学フィルタ４０１ＧとＢ光用光学フィルタ４０１Ｂとが光路内へ挿入されている状態を示す。
【００３６】
さらに、他の光学素子である硝子部材からなる平行平板４２０は、クロスダイクロイックプリズム１１２と投写レンズ１１４との間に設けられている。平行平板４２０は、モータＭにより、光路内へ挿脱可能である。図４では、平行平板４２０が光路から退避している状態を示す。即ち、図４は、プロジェクタ４００で映画を投写する場合に、各色光の光路内にプリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを挿入している状態である。プリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは、上記実施形態１と同様に、不図示のガイド部と位置決め部とにより、位置決めされた状態で光路内で停止する。これにより、プリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの屈折作用により、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの変調光が所定方向へ所定量だけ屈折される。この結果、観察者が投写像のブラックマトリックスを認識することを低減できる。
【００３７】
プリズム群２１０のプリズム素子２１１（図３参照）の斜面で屈折される量は、光の波長に依存して異なる。このため、本実施形態のように、各色光に応じて、それぞれ別のプリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを設けると、各プリズム群を波長に対応させて最適化させることができる。例えば、プリズム群４１０Ｒは、第１色光用空間光変調装置１１０Ｒの画素からのＲ光がスクリーン１１６上でブラックマトリックス上へ屈折するような斜面角度とする。Ｇ光、Ｂ光についても同様に最適化した斜面角度で形成する。これにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が合成された投写像は、色ずれが無く、かつブラックマトリックスを認識することが低減でき、鮮明でつなぎ目の無いシームレスな画像となる。
【００３８】
次に、プロジェクタ４００で文字等のテキスト画像を投写する場合を図５に基づいて説明する。テキスト画像を投写する場合は、プリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂは、それぞれモータＭにより光路外へ退避する。これに対して、平行平板４２０をモータＭにより光路内へ挿入する。各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光は、プリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを透過しないため、屈折されることなく、そのままスクリーン１１６へ投写される。
【００３９】
また、上記実施形態１と同様に、平行平板４２０の光学的光路長と、プリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂの光学的光路長とは略等しい。これにより、図４に示したプリズム群４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂを光路内へ挿入している状態と、図５で示した平行平板４２０を光路内へ挿入している状態とにおいて、スクリーン１１６へ投写されている画像のピントが常に合っている。この結果、映画等を投写する場合は、ブラックマトリックスを認識することを低減し、高品質な画像を得られる。さらに、文字等のテキスト画像を投写する場合でも、シャープで高品質な画像を得られる。
【００４０】
（実施形態３）
図６（ａ）、６（ｂ）は、本発明の実施形態３に係るプロジェクタの投写レンズ１１４近傍の概略構成を示す。上記各実施形態と同一部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、挿脱部である光学フィルタ６０１が投写レンズ１１４の射出側に設けられている。また、投写レンズ１１４の光軸と、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの法線とは略一致するように配置されている。図６（ａ）は、光路内にプリズム群６１０を挿入している状態を示す。プロジェクタ本体は、略水平な机等の台上に設置される。また、スクリーンは観察者が容易に観察できるように、観察者に対して上方に設置される場合が多い。この場合、プロジェクタは、あおり投写を行うことになる。あおり投写の場合、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂで変調された光は、まず、投写レンズ１１４の入射側開口部の略中心位置から入射する。これに対して、投写レンズ１１４内を進行した光は、投写レンズ１１４の射出側開口部の周辺部、例えば図６（ａ）で示す上方部分から射出する。
【００４１】
円形形状の光学フィルタ６０１には、上記各実施形態と同様に、プリズム群６１０と、平行平板６５０とが形成されている。また、光学フィルタ６０１の周辺部の対向する２箇所の位置に位置決め部である切欠き部６０２ａ、６０２ｂが設けられている。また、投写レンズ１１４本体には、ばね等の弾性部材で形成された突起部（不図示）が設けられている。突起部と切欠き６０２ａとが係合した状態で、不図示の各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂとプリズム群６１０の画素とは相対的な角度が一定となるように構成されている。
【００４２】
図７は、光学フィルタ６０１の断面構成を示す。プリズム群６１０は、屈折面である斜面と、平坦部とからなるマイクロプリズム素子が周期的に形成されている。また、平行平板６５０は、プリズム群６１０と光学的光路長が略等しくなる屈折率と厚さとを有している。さらに、光学フィルタ６０１の投写レンズ１１４側の入射面６０１ａには、反射防止膜が形成されている。これにより、投写レンズ１１４からの光Ｌが、入射面６０１ａで反射され、再度投写レンズ１１４へ戻ることを防止できる。このような戻り光は迷光となるため、フレアやゴーストの原因となってしまう。このため、反射防止膜を形成しておくことで、迷光が低減された投写像を得られる。また、上述したように、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光Ｌは、あおり投写のために、投写レンズ１１４の光軸ＡＸに対して所定のあおり角θをなして進行する。
【００４３】
図６（ａ）に戻って、本実施形態のプロジェクタを用いて映画等を投写する場合は、投写レンズ１１４の光が射出する光路内にプリズム群６１０を挿入する位置へ光学フィルタ６０１を回転させる。この位置状態で、上述したように、切欠き部６０２ａと不図示の突起部とが係合する。そして、不図示の各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂの画素とプリズム群６１０とは相対的な角度が一定となる
【００４４】
そして、各色光用空間光変調装置１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光は、プリズム群６１０に入射する。プリズム群６１０の平坦部を透過した光は、屈折されることなく、そのまま進行する。プリズム群６１０の屈折面に入射した光は、屈折されることで偏向される。偏向された光は、スクリーン１１６上において、画素像と画素像との間の中点位置へ投写される。画素像と画素像との間の中点の位置には、本来ブラックマトリックスが投写されている。このため、本実施形態では、ブラックマトリックスの上に重ねて画素からの光を投写できる。この結果、観察者は、ブラックマトリックスを認識することを低減できる。
【００４５】
次に、本実施形態に係るプロジェクタで、文字等のテキスト画像を投写する場合の構成を図６（ｂ）に示す。テキスト画像を投写する場合は、光学フィルタ６０１を矢印Ａ方向へ回転させて、切欠き部６０２ｂと不図示の突起部とを係合させる。これにより、投写レンズ１１４からの光の光路内に平行平板６５０が挿入され、プリズム群６１０は光路外へ退避する。平行平板６５０は、光をそのまま透過させる。このため、シャープなテキスト画像の投写像が得られる。また、プリズム群６１０の光学的光路長と、平行平板６５０の光学的光路長とは略等しくしている。このため、プリズム群６１０に代えて、平行平板６５０を挿入した状態でも、常にピントの合った投写像を得ることができる。また、光学フィルタ６０１は、投写レンズ１１４の開口部近傍に設けられているため、レンズを保護する機能をも兼用することができる。
【００４６】
（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４に係るプロジェクタ８００の概略構成を示す。プロジェクタ８００は、上記各実施形態とは異なりレーザプロジェクタである。レーザ光源８０２からのレーザ光は空間光変調装置８０３に入射する。ここで、レーザ光源８０２は、Ｒ光用光源とＧ光用光源とＢ光用光源とから構成される。そして、各色用光源からの３色のレーザ光が供給される。図８では、説明の便宜のため、これらの構成は省略してレーザ光源８０２として図示する。
【００４７】
空間光変調装置８０３は、例えば、複数の短冊状の回折素子を一列に並べて構成されている。短冊状の回折素子は、電気信号でそれぞれ独立して動かすことができる。そして、動き量を調節することで回折光の光量を変化させる。レーザ光源８０２からの光は、不図示のビーム整形光学系でライン状に整形される。さらに、ライン状のレーザ光は、ライン状の長手方向と、空間光変調装置８０３の長手方向とが略一致するような向きに整形される。
【００４８】
空間光変調装置８０３で画像信号に応じて変調された光は、ポリゴンミラー８０４へ入射する。ポリゴンミラー８０４は、ポリゴンミラー駆動部８０５により、所定軸を中心に回転している。そして、ポリゴンミラー８０４は、ライン状のレーザ光を一方向へ走査させる。ここで、制御部８０６は、レーザ光源８０２の発振強度の制御、空間光変調装置８０３の制御、及びポリゴンミラー８０４の駆動制御を行う。
【００４９】
ポリゴンミラー８０４で反射された光は、光学フィルタ８０１に入射する。ここで、プロジェクタ８００で映画等を投写する場合は、モータＭにより光学フィルタ８０１のプリズム群８１０を光路内へ挿入する。変調されたライン状のレーザ光は、プリズム群８１０に入射することで、平坦部を直進する光と、屈折面で屈折される光とに分かれる。そして、上記各実施形態と同様に、屈折された光により、画素間の領域を認識することを低減できる。このため、シームレスでつなぎ目のない高品質な投写像を得ることができる。
【００５０】
また、プロジェクタ８００で、文字等のテキスト画像を投写する場合は、モータＭで光学フィルタ８０１の平行平板８５０を光路内へ挿入する。これにより、ポリゴンミラー８０４で反射されたレーザ光は、屈折などの作用を受けることなく、そのままスクリーン１１６に投写される。これにより、シャープな投写像を得ることができる。
【００５１】
なお、光学素子は上記各実施形態のプリズム群に限られない。例えば、回折格子、複屈折板、マイクロレンズアレイ等の画素からの光を分散させる機能を有する光学素子であれば良い。図９（ａ）は、光学素子として用いる回折格子９００の概略断面構成を示す。所定の屈折率を有する基板に、エッチング処理等で凸部９０１と凹部９０２とを交互に形成する。図９（ｂ）は、回折格子９００を上面から見た構成を示す。凸部９０１と凹部９０２とは、略直交する格子状に交互に繰り返して周期的に形成されている。そして、回折格子９００に入射した光は、凸部９０１と凹部９０２との周期構造により回折される。回折された光のうち、例えば±１次回折光が、ブラックマトリックス像上へ重畳するように回折角度を決定する。この回折角度を満足するように、回折格子９００の周期構造のピッチと深さを形成する。
【００５２】
さらに、上記各実施形態におけるプリズム群は、ブラックマトリックスを略重畳するように画素からの光を屈折させている。これに限られず、屈折量を適宜変更したプリズム群を用いることにより、ブラックマトリックスを認識しないシームレスな画像と、テキスト画像等のシャープな画像との中間的な画質の画像を得ることもできる。さらに、光学フィルタ内に複数の異なる光学特性を有するプリズム群を設けても良い。この場合、ユーザは、所望のプリズム群を光路内へ挿入することで、それぞれ異なる画質の投写像を得ることができる。なお、本発明は、上記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１のプロジェクタの概略構成図。
【図２】 実施形態１の空間光変調装置近傍の概略構成図。
【図３】 実施形態１の光学フィルタの概略図。
【図４】 実施形態２のプロジェクタの概略図。
【図５】 実施形態２のプロジェクタの他の概略図。
【図６】 （ａ）、（ｂ）は実施形態３における投写レンズ近傍の概略図。
【図７】 実施形態３の光学フィルタの断面図。
【図８】 実施形態４のプロジェクタの概略図。
【図９】 （ａ）は回折格子の断面図、（ｂ）は回折格子の上面図。
【符号の説明】
１００ プロジェクタ、１０１ 超高圧水銀ランプ、１０４ インテグレータ、１０５ 偏光変換素子、１０６Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０６Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０７ 反射ミラー、１０８ リレーレンズ、１１０Ｒ 第１色光用空間光変調装置、１１０Ｇ 第２色光用空間光変調装置、１１０Ｂ 第３色光用空間光変調装置、１１２ クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ ダイクロイック膜、１１４ 投写レンズ、１１６ スクリーン、１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ 液晶パネル、１２１Ｒ、１２１Ｇ、１２１Ｂ 第１偏光板、１２３Ｒ、１２３Ｂ λ／２位相差板、１２４Ｒ、１２４Ｂ ガラス板、１３０ 光学フィルタ、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ ガイド部、ＡＸ 光軸、２３０ａ、２３０ｂ 位置決め部、２１０プリズム群、２４０ レバー、２５０ 平行平板、４００ プロジェクタ、４０１Ｒ、４０１Ｇ、４０１Ｂ 各色光用光学フィルタ、４１０Ｒ、４１０Ｇ、４１０Ｂ 各色光用プリズム群、４２０ 平行平板、Ｍ モータ、６０１ 光学フィルタ、６１０ プリズム群、６５０ 平行平板、６０１ａ 入射面、６０２ａ、６０２ｂ切欠き部、８００ プロジェクタ、８０１ 光学フィルタ、８０２ レーザ光源、８０３ 空間光変調装置、８０４ ポリゴンミラー、８０５ ポリゴンミラー駆動部、８０６ 制御部、８１０ プリズム群、８５０ 平行平板、９００ 回折格子、９０１ 凸部、９０２ 凹部

Claims (3)

1. 光を供給する光源と、
   前記光源からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
   変調された光を合成する色合成光学系と、
   合成された光を投写する投写レンズとを有し、
   前記空間光変調装置の射出側の光路中に、光学素子を挿脱する挿脱部をさらに有し、
   前記挿脱部は、前記光学素子と異なる他の光学素子をさらに有し、前記光学素子と前記他の光学素子とを択一的に前記光路内に挿脱し、
   前記光学素子は、屈折光学素子、又は回折光学素子であり、前記空間光変調装置と前記色合成光学系との間に挿入され、
   前記他の光学素子は、光学的に透明な平行平板であり、前記色合成光学系と前記投写レンズとの間に挿入されていることを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記挿脱部は、前記空間光変調装置と前記光学素子との相対的な角度を一定にするための位置決め部を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記光学素子が前記光路内に挿入された状態の光学的光路長と、前記他の光学素子が前記光路内に挿入された状態の光学的光路長とは、略等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。

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