JP5967081B2

JP5967081B2 - プロジェクタおよび画像表示方法

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Description

本発明は、プロジェクタに関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）に代表される固体光源を備えたプロジェクタに関する。

最近のプロジェクタには、赤、緑、青の３色のＬＥＤを備え、各色のＬＥＤからの光をそれぞれ液晶パネル等の表示素子を用いて空間的に変調して各色の画像光を生成し、それら画像光からなるカラー画像を投射するものがある。

一般に、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤの出力特性は異なっており、赤色ＬＥＤや緑色ＬＥＤの最大出力値は青色ＬＥＤのそれよりも小さい。

赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤをそれぞれ最大出力で駆動した場合に、投射画像の輝度が最も高くなる。しかし、最大出力で駆動された各色のＬＥＤからの光（赤、緑、青）の混色比率は、最適なホワイトバランスを得るための所定の混色比率とは異なるため、投射画像が不自然な色になり、画質が低下する。このため、通常は、赤色ＬＥＤまたは緑色ＬＥＤの最大出力値を基準にして青色ＬＥＤの出力を制限することで、最適なホワイトバランスを得ている。

赤色や緑色のＬＥＤをアレイ状に並べることで光源自体の光出力を高めることは可能である。しかし、プロジェクタには、光源の面積と発散角とで決まるエテンデューと呼ばれる制約があり、光源の面積と発散角との積の値を、表示素子の面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積の値以下にしないと、光源からの光の一部が投射光として利用されない。したがって、ＬＥＤをアレイ状に数多く配列しても、エテンデューの制約以上には、プロジェクタの明るさを向上することはできない。

上記のプロジェクタにおいて、高輝度化を図るためには、エテンデューを大きくすることなく、赤色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤの出力を増加することが必要であり、それにはこれらの光源の輝度を増大することが重要となる。

駆動電流を増大することでＬＥＤの輝度を増大することができる。しかし、駆動電流の増大に伴ってＬＥＤ自体が発熱し、その熱によりＬＥＤの発光効率が低下する。このため、駆動電流がある値を超えると、光出力は飽和し、駆動電流を増大しても出力は増大しなくなる。このような「熱飽和」により、駆動電流増加によるＬＥＤの輝度増加は制限される。

上記のように、プロジェクタの高輝度化を図る際の課題として、エテンデューの問題と熱影響の問題の２つがある。

上記の２つの問題を解決し、高輝度化を図ることができる技術として、特許文献１に記載の光源装置がある。

特許文献１に記載の光源装置は、プロジェクタに用いられるものであって、それぞれから出射された光が一点で交わるように環状に配置された複数の固体発光素子と、各固体発光素子からの出射光を同一の方向に向けて反射し、該反射光が同一光路で導光する導光手段と、各固体発光素子を順次間欠発光させる制御手段とを有する。

導光手段は、反射面と、各固体発光素子からの出射光が同じ方向に向けて反射されるように反射面を回転させる回転手段とを有する。

制御手段は、回転手段による反射面の回転動作に同期して各固体発光素子を順次発光させる。

上記の光源装置によれば、各固体発光素子から出射されて反射面で反射された光は同一光路で導光するので、エテンデューが増加することは無い。

各固体発光素子を順次間欠発光させることで、各固体発光素子それぞれの発熱による発光効率の低下を抑制することができるので、光源装置の出力を増大することができる。以下に、その理由を簡単に説明する。

一般に、ＬＥＤをパルス動作で点灯させた場合の最大入力電流量（熱飽和が生じる電流量）は、ＬＥＤを連続点灯させた場合の最大入力電流量よりも大きい。これはパルス動作では、一定間隔で動作と非動作を繰り返すため、時間平均の電流値は動作時の電流よりも小さくなり、それに応じて発熱の影響も小さくなるためである。

特許文献１に記載の光源装置によれば、各固体発光素子はパルス動作で点灯されるので、各固体発光素子の最大入力電流量は、１つの固体発光素子を連続点灯させた場合の最大入力電流量よりも大きい。よって、各固体発光素子に対して、１つの固体発光素子を連続点灯させた場合よりも大きな電流を供給することができ、各固体発光素子の輝度を増大することができる。

各固体発光素子は順次間欠発光させるので、光源装置の出力光は連続光とみなすことができ、その光出力は、１つの固体発光素子を連続点灯させた場合より大きい。したがって、本光源装置によれば、エテンデューを増加させること無く光出力を増加し、高輝度化を実現することが可能となる。

特許文献１に記載の光源装置をプロジェクタの赤、緑、青の各色の光源に適用することで、高輝度のプロジェクタを提供することができる。また、先に述べたように一般に赤や緑のＬＥＤは青のＬＥＤに比べて出力が小さいが、各色の光源装置に用いるＬＥＤの数を調整することにより、バランスを取ることが可能である。

特許文献２には、緑色光を増大するために２個の緑色固体光源を備えた表示装置が記載されている。

特許文献２に記載の表示装置は、第１乃至第３の照明部と、第１の照明部からの光が照射される第１の表示パネルと、第２の照明部からの光が照射される第２の表示パネルと、第３の照明部からの光が照射される第３の表示パネルと、第１乃至第３の表示パネルからの画像光がそれぞれ異なる面から入射し、各面から入射した画像光を重ねて出射する光学素子と、光学素子からの画像光をスクリーン上に投射する投写レンズとを有する。

第１の照明部は、赤色固体光源と、第１の緑色固体光源と、赤色固体光源からの赤色光を透過し、第１の緑色固体光源からの第１の緑色光を反射するダイクロイックプリズムとを備える。この第１の照明部では、赤色固体光源からの赤色光と第１の緑色固体光源からの第１の緑色光は、ダイクロイックプリズムを介して同一の光路で第１の表示パネルに入射する。

第２の照明部は、第２の緑色固体光源を備える。第２の緑色固体光源からの第２の緑色光は第２の表示パネルに入射する。

第３の照明部は、青色固体光源を備える。青色固体光源からの青色光は第３の表示パネルに入射する。

特許文献２に記載の表示装置では、赤色固体光源と第１の緑色固体光源は時分割で点灯され、赤色固体光源の点灯期間中は、赤色光用の映像信号に基づく画像が第１の表示パネル上に表示され、第１の緑色固体光源の点灯期間中は、緑色光用の映像信号に基づく画像が第１の表示パネル上に表示される。

第２の緑色固体光源および青色固体光源は、常時、点灯される。緑色光用の映像信号に基づく画像が第２の表示パネル上に表示され、青色光用の映像信号に基づく画像が第３の表示パネル上に表示される。

特許文献２に記載の表示装置によれば、第１の緑色固体光源が点灯中は、この第１の緑色固体光源からの第１の緑色光が第２の緑色固体光源からの第２の緑色光に加えられるので、緑色の画像の輝度が増大する。この方式を用いることにより、最も光源出力の小さい色の輝度を向上させ、プロジェクタ全体としての明るさを向上させることが出来る。

特開２００７−１４１７５６号公報特開２００７−６５４１２号公報

特許文献１に記載の光源装置においては、高輝度化を図ることができるものの、回転手段により光路を切り替える必要があるため、回転中の反射面の向きを検知し、反射面の回転動作とＬＥＤ点灯のタイミングを同期させる必要が生じること、回転手段の駆動部の耐久性を考慮した設計が必要となることから、コストが増大する。また、本構成では耐衝撃性に懸念が生じる。さらに、複数の固体発光素子を環状に配置して回転手段等の機械的な光路の切り替えを行う構成は、装置が大掛かりなものとなり、小型化が困難である。

特許文献２に記載の表示装置においては、緑色固体光源の最大出力値が赤色固体光源や青色固体光源の最大出力値より小さいことを前提としており、赤色固体光源と第１の緑色固体光源を時分割で点灯させ、第２の緑色固体光源および青色固体光源を常時点灯させることで、緑色光の輝度を増大している。

特許文献２に記載の表示装置では、緑色光の輝度は増大するものの、赤色固体光源の出力が制限されて赤色光の輝度が低下するため、輝度が低下した赤色光を基準にして青色固体光源の出力が制限される。現状、色のバランスを取る上で、最も光出力に余裕があるのは青色ＬＥＤであるので、特許文献２に記載の構成において、赤色と青色のＬＥＤを入れ替えれば、赤色の出力を保ちながら、緑色の出力を増加させることができる。しかし、２色が１色に比べて出力が小さい場合、例えば現状のＬＥＤのように、赤と緑の両者が青に比べて出力が小さいという状況下では、いずれかの出力がボトルネックとなり、表示装置の出力増大の効果が低減する。

さらに本構成では、赤、緑、青の３色が出射される状態と、赤と緑の２色のみが出射される状態の切り替えが繰り返されることになる。この切り替えを十分に短い周期、すなわち高い周波数で行わないと、単板式ＤＬＰプロジェクタにおける「色割れ」と同様の現象により、画質が低下することになる。したがって、最低でも１秒間に６０回、望ましくはその２倍、４倍といった高速切り替えが要求される。しかし、切り替え頻度を上げるには、ＬＥＤや表示装置を駆動する回路の動作周波数を上げる必要がある。一般に、このような回路は動作周波数を上げるほど消費電力が大きくなる。したがって、プロジェクタの消費電力を増加させることとなる。

本発明の目的は、回転手段等の機械的な光路の切り替えを不要とし、固体光源の出力制限を必要最小限に抑えることができる、小型、高輝度、低コスト、高画質といった特長を併せ持つプロジェクタおよび画像表示方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
それぞれが入射光を空間的に変調して互いに異なる色の画像を表示する第１乃至第３の表示素子を有し、これら表示素子に表示された各色の画像を投射するプロジェクタであって、
第１の色の光を出力する第１の固体光源と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を出力する第２の固体光源と、を備え、該第１および第２の固体光源から出力された前記第１および第２の色の光を同一の光路より前記第１の表示素子に照射する第１の照明部と、
前記第１の色の光を出力する第３の固体光源と、前記第２の色の光を出力する第４の固体光源と、を備え、該第３および第４の固体光源から出力された前記第１および第２の色の光を同一の光路より前記第２の表示素子に照射する第２の照明部と、
前記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を出力する第５の固体光源を備え、該第５の固体光源から出力された前記第３の色の光を前記第３の表示素子に照射する第３の照明部と、
前記各色の画像に対応する第１乃至第３の映像信号を入力としており、前記第１ないし第４の固体光源を時分割で点灯させ、前記第１および第３の固体光源が点灯しているときには、前記第１の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第２および第４の固体光源が点灯しているときには、前記第２の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第５の固体光源については常時点灯させ、前記第３の映像信号に基づく画像を前記第３の表示素子に表示させる制御部と、
前記第１乃至第３の表示素子からの光を合成する光合成部と、を有し、
該光合成部は、波長および偏光方向によって透過率が異なる複数の偏光ダイクロイックミラーを含む偏光クロスダイクロイックプリズムを備え、
前記第１の照明部から照射される光は、ある方向に偏光した第１の偏光であり、前記第２の照明部から照射される光は、第１の偏光と異なる方向に偏光した第２の偏光であり、
前記偏光クロスダイクロイックプリズムは、第１の偏光ダイクロイックミラー及び第２の偏光ダイクロイックミラーを含み、前記第１の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射し、かつ第３の色の光に対しては第１の偏光または第２の偏光、あるいはそのいずれも透過する特性を備え、前記第２の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光および第２の偏光のいずれも透過し、かつ前記第１の偏光ダイクロイックミラーを透過する第３の色の光を反射する特性を備える、プロジェクタが提供される。
また、本発明の別の態様によれば、
それぞれが入射光を空間的に変調して互いに異なる色の画像を表示する第１乃至第３の表示素子を有し、これら表示素子に表示された各色の画像を投射するプロジェクタにて行われる画像表示方法であって、
第１の固体光源から出力された第１の色の光と第２の固体光源から出力された前記第１の色とは異なる第２の色の光とを同一の光路より前記第１の表示素子に照射し、
第３の固体光源から出力された前記第１の色の光と第４の固体光源から出力された前記第２の色の光とを同一の光路より前記第２の表示素子に照射し、
第５の固体光源から出力された前記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を前記第３の表示素子に照射し、
前記各色の画像に対応する第１乃至第３の映像信号を受信し、前記第１ないし第４の固体光源を時分割で点灯させ、前記第１および第３の固体光源が点灯しているときには、前記第１の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第２および第４の固体光源が点灯しているときには、前記第２の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第５の固体光源については常時点灯させ、前記第３の映像信号に基づく画像を前記第３の表示素子に表示させ、
波長および偏光方向によって透過率が異なる複数の偏光ダイクロイックミラーを含む偏光クロスダイクロイックプリズムを備えた光合成部を用いて、前記第１乃至第３の表示素子からの光を合成することを含み、
前記第１の照明部から照射される光は、ある方向に偏光した第１の偏光であり、前記第２の照明部から照射される光は、第１の偏光と異なる方向に偏光した第２の偏光であり、
前記偏光クロスダイクロイックプリズムは、第１の偏光ダイクロイックミラー及び第２の偏光ダイクロイックミラーを含み、前記第１の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射し、かつ第３の色の光に対しては第１の偏光または第２の偏光、あるいはそのいずれも透過する特性を備え、前記第２の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光および第２の偏光のいずれも透過し、かつ前記第１の偏光ダイクロイックミラーを透過する第３の色の光を反射する特性を備える、画像表示方法が提供される。

本発明の一実施形態であるプロジェクタの構成を示すブロック図である。図１に示すプロジェクタの偏光クロスダイクロイックプリズムの構成を示す模式図である。図１に示すプロジェクタの制御部の構成を示すブロック図である。図１に示すプロジェクタの固体光源の点灯制御および表示素子の表示制御を説明するためのタイミングチャートである。

１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ、２Ｇ、２Ｒ固体光源
３、４ダイクロイックプリズム
５〜７表示素子
８偏光ダイクロイックプリズム
９投射光学系
１０制御部

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの構成を示すブロック図である。

図１に示すプロジェクタは、固体光源１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ、２Ｇ、２Ｒ、ダイクロイックプリズム３、４、表示素子５〜７、偏光クロスダイクロイックプリズム８、投射光学系９および制御部１０を有する。

固体光源１Ｂは、青色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が青色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。本実施形態では、固体光源１Ｂは、Ｐ偏光またはＳ偏光の青色光を出射する。

固体光源１Ｇ、２Ｇは、緑色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が緑色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。固体光源１Ｇ、２Ｇのピーク波長は同じである。本実施形態では、固体光源１Ｇは、Ｐ偏光の緑色光を出射し、固体光源２Ｇは、Ｓ偏光の緑色光を出射する。

固体光源１Ｒ、２Ｒは、赤色の波長帯域にピーク波長を有する固体光源であり、例えば、発光色が赤色である、ＬＥＤや半導体レーザよりなる。固体光源１Ｒ、２Ｒのピーク波長は同じである。本実施形態では、固体光源１Ｒは、Ｐ偏光の赤色光を出射し、固体光源２Ｒは、Ｓ偏光の赤色光を出射する。

なお、ＬＥＤなどでは、製造上の問題として、ピーク波長が±１０〜２０ｎｍ程度ばらつくことが知られているので、この製造上のばらつきの範囲内であれば、ピーク波長が実質的に同じものであるとする。以降の説明において、ピーク波長（または発光波長ともいう）が同じであるとは、ピーク波長が完全に一致すること、および、製造上のばらつきの範囲内のピーク波長が実質的に同じであることを含む。

ダイクロイックプリズム３は、互いの斜面が接合された２つの直角プリズムと、これら直角プリズムの接合面に形成された、誘電体多層膜からなるダイクロイックミラーとからなる。

ダイクロイックプリズム３において、ダイクロイックミラーは、固体光源１Ｇの光軸と固体光源１Ｒの光軸が交差（直交）する位置、より具体的には、固体光源１Ｇからの第１の緑色光の中心光線が固体光源１Ｒからの第１の赤色光の中心光線と交差（直交）する位置に設けられている。

固体光源１Ｇからの第１の緑色光はダイクロイックミラーの一方の面に入射し、その入射角度は略４５°である。固体光源１Ｒからの第１の赤色光はダイクロイックミラーの他方の面に入射し、その入射角度は略４５°である。ダイクロイックミラーは、固体光源１Ｇからの第１の緑色光をそのまま透過させ、固体光源１Ｒからの第１の赤色光を反射する。

ダイクロイックミラーを透過した第１の緑色光とダイクロイックミラーで反射された第１の赤色光は同一の光路でダイクロイックプリズム３から出射される。

ダイクロイックプリズム４も、互いの斜面が接合された２つの直角プリズムと、これら直角プリズムの接合面に形成された、誘電体多層膜からなるダイクロイックミラーとからなる。

ダイクロイックプリズム４において、ダイクロイックミラーは、固体光源２Ｇの光軸と固体光源２Ｒの光軸が交差（直交）する位置、より具体的には、固体光源２Ｇからの第２の緑色光の中心光線が固体光源２Ｒからの第２の赤色光の中心光線と交差（直交）する位置に設けられている。

固体光源２Ｇからの第２の緑色光はダイクロイックミラーの一方の面に入射し、その入射角度は略４５°である。固体光源２Ｒからの第２の赤色光はダイクロイックミラーの他方の面に入射し、その入射角度は略４５°である。ダイクロイックミラーは、固体光源２Ｇからの第２の緑色光をそのまま透過させ、固体光源２Ｒからの第２の赤色光を反射する。

ダイクロイックミラーを透過した第２の緑色光とダイクロイックミラーで反射された第２の赤色光は同一の光路でダイクロイックプリズム４から出射される。

ダイクロイックプリズム３からの出射光の光路はダイクロイックプリズム４からの出射光の光路と交差（直交）しており、その交点において、固体光源１Ｂからの青色光の光路がダイクロイックプリズム３からの出射光の光路と交差（直交）している。

表示素子５〜７は、制御部１０からの映像信号に従って入射光を空間的に変調して画像光を生成するものであって、例えば液晶パネルやＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）などより構成される。

表示素子５は、ダイクロイックプリズム３からの出射光の光路上に配置されている。表示素子６は、ダイクロイックプリズム４からの出射光の光路上に配置されている。表示素子７は、固体光源１Ｂからの青色光の光路上に配置されている。

偏光クロスダイクロイックプリズム８は、図２に示すように、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム８ａ〜８ｄを有する。

直角プリズム８ａ、８ｂの接合面と直角プリズム８ｃ、８ｄの接合面により一様な第１の平面が形成されており、この第１の平面に、ダイクロイックミラー８０が形成されている。

ダイクロイックミラー８０は、Ｐ偏光に対する分光透過（反射）特性として、赤色、緑色および青色の各色の光を透過させる特性を有する。また、ダイクロイックミラー８０は、Ｓ偏光に対する分光透過（反射）特性として、赤色および緑色の光を反射し、青色の光を透過させる特性を有する。Ｐ偏光およびＳ偏光におけるカットオフ波長の設定は、誘電体多層膜の材料、積層数、膜厚、屈折率などにより調整することができる。

直角プリズム８ａ、８ｄの接合面と直角プリズム８ｂ、８ｃの接合面により、第１の平面と交差（直交）する一様な第２の平面が形成されており、この第２の平面に、ダイクロイックミラー８１が形成されている。

ダイクロイックミラー８１は、分光透過（反射）特性として、偏光方向に関係なく、赤色および緑色の光を透過させ、青色の光を反射する特性を有する。カットオフ波長の設定は、誘電体多層膜の材料、積層数、膜厚、屈折率などにより調整することができる。

第１および第２の平面と直交する平面に垂直な方向から見た場合、第１および第２の平面の交点は、ダイクロイックプリズム３により合成した光の光路とダイクロイックプリズム４により合成した光の光路と固体光源１Ｂの光路の交点と略一致する。

偏光クロスダイクロイックプリズム８は、第１乃至第３の入射面と、１つの出射面とを有する。第１の入射面は、直角プリズム８ａの斜面をなす面である。第２の入射面は、直角プリズム８ｄの斜面をなす面である。第３の入射面は、直角プリズム８ｂの斜面をなす面である。出射面は、直角プリズム８ｃの斜面をなす面よりなり、第１の入射面と対向するように配置されている。

ダイクロイックプリズム３からの出射光（Ｐ偏光）は、表示素子５を介して第１の入射面に入射する。ダイクロイックプリズム４からの出射光（Ｓ偏光）は、表示素子６を介して第２の入射面に入射する。固体光源１Ｂからの青色光（Ｐ偏光またはＳ偏光）は、表示素子７を介して第３の入射面に入射する。

偏光クロスダイクロイックプリズム８において、第１の入射面から入射した、Ｐ偏光の赤色光またはＰ偏光の緑色光は、ダイクロイックミラー８０、８１を透過し、その透過光が出射面から出射される。

第２の入射面から入射した、Ｓ偏光の赤色光またはＳ偏光の緑色光は、ダイクロイックミラー８１を透過するが、ダイクロイックミラー８０で反射される。ダイクロイックミラー８１からの反射光は、出射面から出射される。

第３の入射面から入射したＳ偏光またはＰ偏光の青色光は、ダイクロイックミラー８０を透過するが、ダイクロイックミラー８１で反射される。ダイクロイックミラー８１からの青色の反射光は、出射面から出射される。

投射光学系９は、偏光クロスダイクロイックプリズム８からの出射光の進行方向に配置されている。投射光学系９は、偏光クロスダイクロイックプリズム８の出射面より出射された画像光を外部スクリーン上に投射する。外部スクリーンは、専用スクリーンであっても、壁などの構造体であってもよい。

制御部１０は、赤色画像用の映像信号Ｓ１、緑色画像用の映像信号Ｓ２および青色画像用の映像信号Ｓ３を入力とし、これら映像信号Ｓ１〜Ｓ３に基づいて、固体光源１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ、２Ｇ、２Ｒの点灯動作および表示素子５〜７の表示動作をそれぞれ制御する。

図３に、制御部１０の構成を示す。

図３を参照すると、制御部１０は、スイッチ１１、１２、表示素子駆動部１３〜１５、光源駆動部１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ、１７Ｇ、１７Ｒ、および選択信号生成部１８を有する。

表示素子駆動部１３は、表示素子５を駆動する。表示素子駆動部１４は、表示素子６を駆動する。表示素子駆動部１５は、表示素子７を駆動する。

光源駆動部１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒ、１７Ｇ、１７Ｒは、それぞれ固体光源１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ、２Ｇ、２Ｒを駆動する。

映像信号Ｓ１、Ｓ２が、スイッチ１１、１２のそれぞれに供給されている。スイッチ１１、１２は、選択信号生成部１８からの選択信号に基づいて、入力された映像信号Ｓ１、Ｓ２の一方を選択する。例えば、選択信号がハイレベルである場合は、スイッチ１１は映像信号Ｓ１を選択し、スイッチ１２は映像信号Ｓ２を選択する。選択信号がロウレベルである場合は、スイッチ１１は映像信号Ｓ２を選択し、スイッチ１２は映像信号Ｓ１を選択する。

選択信号生成部１８は、映像信号Ｓ１〜Ｓ３の同期をとるための同期信号を入力としており、この同期信号に基づいて、ハイレベル状態とロウレベル状態が所定の周期で切り替わる選択信号を生成する。所定の周期は、例えば、１フレームの期間に対応する周期であってもよく、また、複数フレームの期間に対応する周期であってもよい。

例えば、１秒間に６０フレームの映像信号が表示される場合、２フレームもしくは３フレーム毎に、選択信号のハイレベル状態とロウレベル状態が切り替わるようにしてもよい。切り替え頻度を低くすることで、スイッチ１１、１２にて消費される電力量を抑えることができる。

スイッチ１１にて映像信号Ｓ１が選択された場合は、その選択された映像信号Ｓ１は、光駆動部１６Ｒおよび表示素子駆動部１３に供給される。この場合、表示素子駆動部１３は、映像信号Ｓ１に基づいて表示素子５を駆動し、光源駆動部１６Ｒは、映像信号Ｓ１に基づいて固体光源１Ｒを駆動する。

スイッチ１１にて映像信号Ｓ２が選択された場合は、その選択された映像信号Ｓ２は、光駆動部１６Ｇおよび表示素子駆動部１３に供給される。この場合、表示素子駆動部１３は、映像信号Ｓ２に基づいて表示素子５を駆動し、光源駆動部１６Ｇは、映像信号Ｓ２に基づいて固体光源１Ｇを駆動する。

スイッチ１２にて映像信号Ｓ１が選択された場合は、その選択された映像信号Ｓ１は、光駆動部１７Ｒおよび表示素子駆動部１４に供給される。この場合、表示素子駆動部１４は、映像信号Ｓ１に基づいて表示素子６を駆動し、光源駆動部１７Ｒは、映像信号Ｓ１に基づいて固体光源２Ｒを駆動する。

スイッチ１２にて映像信号Ｓ２が選択された場合は、その選択された映像信号Ｓ２は、光駆動部１７Ｇおよび表示素子駆動部１４に供給される。この場合、表示素子駆動部１４は、映像信号Ｓ２に基づいて表示素子６を駆動し、光源駆動部１７Ｇは、映像信号Ｓ２に基づいて固体光源２Ｇを駆動する。

映像信号Ｓ３は、光源駆動部１６Ｂおよび表示素子駆動部１５に供給されている。表示素子駆動部１５は、映像信号Ｓ３に基づいて表示素子７を駆動し、光源駆動部１６Ｂは、映像信号Ｓ３に基づいて固体光源１Ｂを駆動する。

図４は、固体光源の点灯制御および表示素子の表示制御を説明するためのタイミングチャートである。

図４に示すように、期間Ｔ１において、固体光源１Ｇ、１Ｂ、２Ｒは点灯され、固体光源１Ｒ、２Ｇは不点灯状態とされる。表示素子５は、映像信号Ｓ２に基づいて固体光源１Ｇからの緑色光を変調して緑色画像を表示する。表示素子６は、映像信号Ｓ１に基づいて固体光源２Ｒからの赤色光を変調して赤色画像を表示する。表示素子７は、映像信号Ｓ３に基づいて固体光源１Ｂからの青色光を変調して青色画像を表示する。

期間Ｔ２において、固体光源１Ｂ、１Ｒ、２Ｇは点灯され、固体光源１Ｇ、２Ｒは不点灯状態とされる。表示素子５は、映像信号Ｓ１に基づいて固体光源１Ｒからの赤色光を変調して赤色画像を表示する。表示素子６は、映像信号Ｓ２に基づいて固体光源２Ｇからの緑色光を変調して緑色画像を表示する。表示素子７は、映像信号Ｓ３に基づいて固体光源１Ｂからの青色光を変調して青色画像を表示する。

期間Ｔ２以降は、奇数番号の期間において、期間Ｔ１と同様の点灯動作および表示動作が行われ、偶数番号の期間において、期間Ｔ２と同様の点灯動作および表示動作が行われる。

以上の点灯動作および表示動作によれば、２つの緑色の固体光源１Ｇ、２Ｇを時分割で点灯させ、固体光源１Ｇが点灯中は、表示素子５にて緑色画像を表示させ、固体光源２Ｇが点灯中は、表示素子６にて緑色画像を表示させる。この場合、固体光源１Ｇ、２Ｇはそれぞれパルス動作で点灯することとなる。

固体光源をパルス動作で点灯させた場合の最大入力電流量（熱飽和が生じる電流量）は、固体光源を連続点灯させた場合の最大入力電流量よりも大きい。よって、奇数番号の期間（Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５・・・）において、固体光源１Ｇの輝度を、固体光源を連続点灯させた場合よりも高くすることができ、偶数番号の期間（Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６・・・）において、固体光源２Ｇの輝度を、固体光源を連続点灯させた場合よりも高くすることができる。固体光源１Ｇ、２Ｇは交互に点灯されるので、投射画像に含まれる緑色光の輝度は、１つの固体光源を連続点灯させた場合よりも大きくなる。

このように、固体光源１Ｇ、２Ｇを時分割で点灯することで、固体光源１Ｇ、２Ｇそれぞれの最大入力電流量（熱飽和が生じる電流量）を増大することができ、緑色光の輝度を増大させることができる。

上記と同様、赤色の固体光源１Ｒ、２Ｒも時分割で点灯されるので、１つの赤色の固体光源を連続点灯させた場合と比較して、固体光源１Ｒ、２Ｒそれぞれの最大入力電流量を増大することができ、赤色光の輝度を増大させることができる。

また、固体光源１Ｇからの緑色光と固体光源１Ｒからの赤色光とは、ダイクロイックプリズム３を介して同一光路で表示素子５に照射され、固体光源２Ｇからの緑色光と固体光源２Ｒからの赤色光とは、ダイクロイックプリズム４を介して同一光路で表示素子６に照射される。したがって、赤色、緑色のそれぞれの色について、1つずつの固体光源を用いている場合と同じエテンデューとなる。

このように、エテンデューの問題を回避し、かつ、緑色光源および赤色光源の出力を増大させることができる。

また、既存のプロジェクタでは、赤色固体光源および緑色固体光源の最大出力が青色固体光源の最大出力より小さいために、出力の小さな固体光源を基準にして青色固体光源の出力を制限していた。本実施形態によれば、緑色光および赤色光の輝度を増大することができるので、青色固体光源の出力の制限を抑制することができる。この結果、赤色光、緑色光および青色光の輝度が増大し、プロジェクタの出力が増大する。

さらに、本実施形態のプロジェクタは、以下のような作用も奏する。

固体光源１Ｇ、２Ｇは交互に点灯され、固体光源１Ｒ、２Ｒは交互に点灯されるので、緑色光および赤色光の輝度をともに増大することができる。したがって、３色のうちの２色が残りの１色に比べて出力が小さい場合にも、上記２色の輝度を増加させ、プロジェクタ全体としての明るさを向上することが可能となる。

また本発明では、常に３色が点灯することとなるため、特許文献２に記載の表示装置のような、色割れの懸念は生じない。

さらに、固体光源の点灯の切り替えは必ずしも高頻度で行う必要はないので、切り替えの頻度を少なくすることで、制御回路の消費電力を抑えることが可能となる。

回転手段等の機械的な光路の切り替えも不要であるので、装置の大型化、高コスト化、などの問題は生じない。また耐衝撃性にも優れている。

以上の作用により、小型、高輝度、低コスト、高画質といった特長を併せ持つプロジェクタを提供することができる。

上述した本実施形態のプロジェクタは、本発明の一例であり、その構成については、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。

例えば、固体光源１Ｂ、１Ｇ、１Ｒ、２Ｇ、２Ｒに、非偏光を出力する光源を用い、固体光源１Ｇ、１Ｒからの光をＰ偏光に揃えるための偏光変換素子を設け、固体光源２Ｇ、２Ｒからの光をＳ偏光に揃えるための偏光変換素子を設け、固体光源１Ｂからの光をＰ偏光またはＳ偏光に揃えるための偏光変換素子を設けてもよい。

また、表示素子５〜７として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）を用いてもよい。ＬＣＯＳは、駆動回路と画素電極がシリコン基板と、これに対向する透明基板の間に液晶が挟み込まれた構造を有し、透明基板および液晶層を透過した光が画素電極にて反射される。なお、ＬＣＯＳは反射型の表示素子であるので、図２の構成はそれに応じて適宜変更することとなる。

さらに、ダイクロイックプリズム３、４はそれぞれダイクロイックミラーで置き換えてもよい。

また、本実施形態では、緑色および赤色の固体光源の最大出力値が青色の固体光源の最大出力値より低いため、緑色および赤色の固体光源の輝度を増大するように構成されているが、本発明は、これに限定されない。赤色、緑色および青色の各色の固体光源の最大出力値の関係に応じて、時分割で駆動する固定光源を適宜に設定する。具体的には、３つの色の光源について、最大出力値が最も高い色の固体光源を常時点灯させ、残りの２つの色の光源については、それぞれ２つの固体光源を用意して時分割で駆動する。この場合、時分割で駆動する固体光源の点灯動作に応じて、赤色、緑色、青色の各色の映像信号のうちから表示すべき信号を選択して表示させる。

（他の実施形態）
本発明の他の実施形態であるプロジェクタは、それぞれが入射光を空間的に変調して互いに異なる色の画像を表示する第１乃至第３の表示素子を備え、これら表示素子に表示された各色の画像を投射するプロジェクタであって、第１の色の光を出力する第１の固体光源と、上記第１の色とは異なる第２の色の光を出力する第２の固体光源と、を備え、該第１および第２の固体光源から出力された上記第１および第２の色の光を同一の光路より上記第１の表示素子に照射する第１の照明部と、上記第１の色の光を出力する第３の固体光源と、上記第２の色の光を出力する第４の固体光源と、を備え、該第３および第４の固体光源から出力された上記第１および第２の色の光を同一の光路より上記第２の表示素子に照射する第２の照明部と、上記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を出力する第５の固体光源を備え、該第５の固体光源から出力された上記第３の色の光を上記第３の表示素子に照射する第３の照明部と、上記各色の画像に対応する第１乃至第３の映像信号を入力としており、上記第１ないし第４の固体光源を時分割で点灯させ、上記第１および第３の固体光源が点灯しているときには、上記第１の映像信号に基づく画像を上記第１および第２の表示素子に表示させ、上記第２および第４の固体光源が点灯しているときには、上記第２の映像信号に基づく画像を上記第１および第２の表示素子に表示させ、上記第５の固体光源については常時点灯させ、上記第３の映像信号に基づく画像を上記第３の表示素子に表示させる制御部と、を有する。

本他の実施形態のプロジェクタにおいて、第１乃至第３の表示素子および制御部は、例えば、図１に示した表示素子５〜７および制御部１０に対応する。

第１の照明部は、例えば、図１に示した固体光源１Ｇ、１Ｒおよびダイクロイックプリズム３を含む。第２の照明部は、例えば、図１に示した固体光源２Ｇ、２Ｒおよびダイクロイックプリズム４を含む。第３の照明部は、例えば、図１に示した固体光源１Ｂを含む。

本他の実施形態のプロジェクタによれば、第１の色の光を出力する第１および第３の固体光源を交互に点灯し、第２の色の光を出力する第２および第４の固体光源を交互に点灯させる。また、第１の固体光源と第４の固体光源および第２の固体光源と第３の固体光源はそれぞれ同時に点灯させる。これにより、第１および第２の色のＬＥＤをいずれもパルス駆動させることができるため、両者の色の光の輝度をともに増大することができる。したがって、３色のうちの２色が残りの１色に比べて出力が小さい場合にも、上記２色の輝度を増加させ、プロジェクタ全体としての明るさを向上することが可能となる。また本発明では常に３色が点灯することとなるため、特許文献２に記載の表示装置のような、色割れの懸念は生じない。さらに固体光源の点灯の切り替えは必ずしも高頻度で行う必要はない。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成および動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。

この出願は、２０１１年４月２７日に出願された日本出願特願２０１１−０９９８１４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

それぞれが入射光を空間的に変調して互いに異なる色の画像を表示する第１乃至第３の表示素子を有し、これら表示素子に表示された各色の画像を投射するプロジェクタであって、
第１の色の光を出力する第１の固体光源と、前記第１の色とは異なる第２の色の光を出力する第２の固体光源と、を備え、該第１および第２の固体光源から出力された前記第１および第２の色の光を同一の光路より前記第１の表示素子に照射する第１の照明部と、
前記第１の色の光を出力する第３の固体光源と、前記第２の色の光を出力する第４の固体光源と、を備え、該第３および第４の固体光源から出力された前記第１および第２の色の光を同一の光路より前記第２の表示素子に照射する第２の照明部と、
前記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を出力する第５の固体光源を備え、該第５の固体光源から出力された前記第３の色の光を前記第３の表示素子に照射する第３の照明部と、
前記各色の画像に対応する第１乃至第３の映像信号を入力としており、前記第１ないし第４の固体光源を時分割で点灯させ、前記第１および第３の固体光源が点灯しているときには、前記第１の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第２および第４の固体光源が点灯しているときには、前記第２の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第５の固体光源については常時点灯させ、前記第３の映像信号に基づく画像を前記第３の表示素子に表示させる制御部と、
前記第１乃至第３の表示素子からの光を合成する光合成部と、を有し、
該光合成部は、波長および偏光方向によって透過率が異なる複数の偏光ダイクロイックミラーを含む偏光クロスダイクロイックプリズムを備え、
前記第１の照明部から照射される光は、ある方向に偏光した第１の偏光であり、前記第２の照明部から照射される光は、第１の偏光と異なる方向に偏光した第２の偏光であり、
前記偏光クロスダイクロイックプリズムは、第１の偏光ダイクロイックミラー及び第２の偏光ダイクロイックミラーを含み、前記第１の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射し、かつ第３の色の光に対しては第１の偏光または第２の偏光、あるいはそのいずれも透過する特性を備え、前記第２の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、第１の偏光および第２の偏光のいずれも透過し、かつ前記第１の偏光ダイクロイックミラーを透過する第３の色の光を反射する特性を備える、プロジェクタ。
前記第１の偏光はＰ偏光であり、前記第２の偏光はＳ偏光である、請求項１に記載のプロジェクタ。
前記第１から第５の固体光源は、直線偏光を出力する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
前記第１の色は赤色であり、前記第２の色は緑色であり、前記第３の色は青色である、請求項１から３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
それぞれが入射光を空間的に変調して互いに異なる色の画像を表示する第１乃至第３の表示素子を有し、これら表示素子に表示された各色の画像を投射するプロジェクタにて行われる画像表示方法であって、
第１の固体光源から出力された第１の色の光と第２の固体光源から出力された前記第１の色とは異なる第２の色の光とを同一の光路より前記第１の表示素子に照射し、
第３の固体光源から出力された前記第１の色の光と第４の固体光源から出力された前記第２の色の光とを同一の光路より前記第２の表示素子に照射し、
第５の固体光源から出力された前記第１および第２の色とは異なる第３の色の光を前記第３の表示素子に照射し、
前記各色の画像に対応する第１乃至第３の映像信号を受信し、前記第１ないし第４の固体光源を時分割で点灯させ、前記第１および第３の固体光源が点灯しているときには、前記第１の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第２および第４の固体光源が点灯しているときには、前記第２の映像信号に基づく画像を前記第１および第２の表示素子に表示させ、前記第５の固体光源については常時点灯させ、前記第３の映像信号に基づく画像を前記第３の表示素子に表示させ、
波長および偏光方向によって透過率が異なる複数の偏光ダイクロイックミラーを含む偏光クロスダイクロイックプリズムを備えた光合成部を用いて、前記第１乃至第３の表示素子からの光を合成することを含み、
前記第１の表示素子に照射される光は、ある方向に偏光した第１の偏光であり、前記第２の表示素子に照射される光は、前記第１の偏光と異なる方向に偏光した第２の偏光であり、
前記偏光クロスダイクロイックプリズムは、第１の偏光ダイクロイックミラー及び第２の偏光ダイクロイックミラーを含み、前記第１の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、前記第１の偏光を透過し、前記第２の偏光を反射し、かつ前記第３の色の光に対しては前記第１の偏光または前記第２の偏光、あるいはそのいずれも透過する特性を備え、前記第２の偏光ダイクロイックミラーは、前記第１および第２の色の光に対しては、前記第１の偏光および前記第２の偏光のいずれも透過し、かつ前記第１の偏光ダイクロイックミラーを透過する前記第３の色の光を反射する特性を備える、画像表示方法。