WO2020230510A1 - 画像投射装置 - Google Patents

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incident
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健人 川澄
猪子　和宏
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キヤノン株式会社
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Definitions

  • Patent Document 1 discloses a projector that projects a main image and a sub image within one frame period by dividing one frame period into a period for projecting a main image and a period for projecting a sub image. ..
  • an image projection device capable of simultaneously projecting a first image and a second image that are bright and have high gradation.
  • the dichroic mirror 4 has a property of reflecting light in a wavelength region shorter than 470 nm and transmitting light in a wavelength region shorter than 470 nm.
  • the blue light LB is reflected by the dichroic mirror 4 and condensed on the phosphor wheel 6 by the condenser lens 5.
  • the phosphor layer 6b in which the phosphor as a wavelength conversion means is fixed by a silicon-based binder on the metal wheel 6a as a substrate having high thermal conductivity such as highly reflective aluminum is the metal wheel 6a. It is formed so as to extend in the rotation direction (circumferential direction). A part of the circumferential direction of the phosphor layer 6b is cut out together with the metal wheel 6b, and a translucent diffusion layer 6c is formed in the region (the region where the phosphor layer 6b is not provided). There is.
  • the diffusion layer 6c may be made of frosted glass or a microlens array.
  • the focused blue light LB forms a focused spot 6d at one location in the circumferential direction on the phosphor wheel 6.
  • the phosphor wheel 6 is rotated by a motor.
  • a light collecting spot 6d of blue light LB is formed on the phosphor layer 6b in the first period of one frame period as shown in FIG. 2 (a). Further, in the second period following the first period of the one frame period, the light collecting spot 6d is formed on the diffusion layer 6c as shown in FIG. 2 (b).
  • the blue light LB irradiated on the phosphor layer 6b is absorbed by the phosphor and the fluorescent light L as wavelength conversion light which is light in a wide wavelength range from 480 nm to 700 nm (yellow light). Wavelength is converted to phos . Most of the fluorescent light L phos is reflected by the metal wheel 6a having a high reflectance and heads toward the condenser lens 5.
  • the blue light LB irradiated with the blue light on the diffusion layer 6c passes through the diffused layer 6c while being diffused and is incident on the collimator lens 7.
  • the fluorescent light L phos focused by the condenser lens 5 passes through a dichroic mirror 4 having a characteristic of transmitting light in a wavelength range longer than 470 nm as described above, and is illuminated by a light source device. It emits light toward the lens 15.
  • the fluorescent light L phos is formed into a predetermined luminous flux shape by the illumination lens 15, reflected by the bending mirror 16, passes through the polarizing plate 17, and is guided to the wavelength-selective phase plate 18.
  • the polarizing plate 17 converts fluorescent light L phos , which is unpolarized light, into linearly polarized light having a polarization direction perpendicular to the paper surface of the drawing.
  • the wavelength selection phase plate 18 rotates the polarization direction of the optical component in a specific wavelength region of the fluorescent light L phos converted into linearly polarized light by 90 °. Specifically, among the fluorescent light L phos , the polarization direction of green light having a wavelength of 480 nm to 600 nm is rotated by 90 °, and red light having a wavelength of 600 nm to 700 nm is transmitted without being rotated in the polarization direction.
  • the wavelength selection phase plate 18 has a characteristic of transmitting blue light having a wavelength of 430 nm to 480 nm without rotating the polarization direction thereof.
  • the red light LR as the first light of the fluorescent light L phos transmitted through the wavelength-selective phase plate 18 is incident on the polarizing beam splitter 19 as P-polarized light having a polarization direction parallel to the paper surface of the drawing, and the polarization is obtained. It passes through the polarization separation surface of the beam splitter 19 and enters the first light modulation element 20.
  • the green light LG as the third light of the fluorescent light L phos is incident on the polarization beam splitter 19 as S-polarized light having a polarization direction perpendicular to the paper surface in the figure, and is reflected by the polarization separation surface to be the second It is incident on the light modulation element 21 of.
  • a wavelength-selective phase plate 18 and a polarizing beam splitter 19 constitute a separation means.
  • the first and second light modulation elements 20 and 21 are reflective liquid crystal panels. Each light modulation element is driven in response to a video signal input to the projector from the outside, modulates the polarization state of the incident light, and reflects the light.
  • FIG. 1A shows a drive unit (driving means) 30 that drives the first and second light modulation elements 20 and 21 according to video signals (first video signal and second video signal). There is.
  • the red light LR modulated and reflected by the first light modulation element 20 is incident on the polarization beam splitter 19 again as S-polarized light, reflected by the polarization separation surface, and directed to a projection lens (projection optical system) (not shown). Further, the green light LG modulated and reflected by the second light modulation element 21 is incident on the polarization beam splitter 19 again as P-polarized light, passes through the polarization separation surface, and heads toward the projection lens.
  • the blue light LB transmitted through the diffusion layer 6c of the phosphor wheel 6 is parallelized by the collimator lens 7 and reflects light in a wavelength region shorter than 470 nm as described above. Is reflected by.
  • the blue light LB enters the dichroic mirror 4 again via the relay lens system 9 and the two bending mirrors 10, is reflected by the dichroic mirror 4, and is emitted from the light source device via the illumination lens 15.
  • the blue light LB emitted from the light source device is incident on the polarizing beam splitter 19 via the illumination lens 15, the bending mirror 16, the polarizing plate 17, and the wavelength-selective phase plate 18 in the same manner as the fluorescent light L phos .
  • the wavelength selective phase plate 18 does not rotate the polarization direction of the blue light LB. Therefore, the blue light LB passes through the polarization separation surface and is incident on the first light modulation element 20 in the same manner as the red light LR.
  • the blue light LB modulated and reflected by the first light modulation element 20 follows the same optical path as the red light LR and is incident on the projection lens.
  • the modulated red light LR, green light LG, and blue light LB are projected onto a projected surface such as a screen (not shown).
  • a projected surface such as a screen (not shown).
  • the main image (first image) as a visible light image (full-color image) formed by the red light LR, the green light LG, and the blue light LB is projected and displayed.
  • the red light LR is incident on the first light modulation element 20 as shown in FIG. 3 (b), and the second light modulation element 21 Green light LG is incident on the light source.
  • the blue light LB is incident on the first light modulation element 20 as shown in FIG. 3 (b), but the second light modulation element No light is incident on 21.
  • the sub light source 11 is an infrared laser light source having a wavelength of 750 nm in this embodiment.
  • the infrared light (invisible light: hereinafter referred to as sub light) LS as the fourth light emitted as a parallel light beam from each of the plurality of infrared laser light sources is a positive lens 12. It is focused by the negative lens 13 and parallelized by the negative lens 13. As a result, the luminous flux width of the sub-light LS is set to an appropriate size.
  • the lighting of the sub light source 11 is controlled so that the sub light LS is emitted from the light source device at least at the same timing as the blue light LB. That is, the sub light source 11 is turned on at the timing when the phosphor wheel 6 rotates at the rotation position where the blue light LB is incident on the diffusion layer 6c. Therefore, as shown in FIG. 2B, the sub-light LS transmits the diffusion layer 6c of the phosphor wheel 6 from the collimator lens 7 side to the condenser lens 5 side, enters the dichroic mirror 4, and transmits the diffuser layer 6c. To do. In this way, the sub light LS is emitted from the light source device at the same timing as the blue light LB.
  • the sub-light LS emitted from the light source device is incident on the polarizing beam splitter 19 via the illumination lens 15, the bending mirror 16, the polarizing plate 17, and the wavelength-selective phase plate 18, similarly to the fluorescent light L phos and the blue light LB.
  • the wavelength-selective phase plate 18 has a characteristic of rotating the polarization direction by 90 ° with respect to infrared light, similarly to green light. Therefore, the sub-light LS transmitted through the wavelength-selective phase plate 18 is incident on the polarization beam splitter 19 as S polarization, reflected by the polarization separation surface, and incident on the second light modulation element 21.
  • the sub-light LS modulated and reflected by the second light modulation element 21 follows the same optical path as the green light LG and is incident on the projection lens.
  • the modulated sub-light LS is projected onto the projected surface.
  • a sub-image (second image) as an invisible light image formed by infrared light as the sub-light LS is projected and displayed.
  • each light modulation element when the sub light source 11 is turned on will be described with reference to FIGS. 4A to 4C.
  • fluorescent light (Y) L phos is emitted from the light source device in the first period T1 in one frame period, and blue light LB and sub light (IR) LS are emitted in the second period T2. Is emitted.
  • the red light LR which is the first light
  • the second light is incident in the second period T2.
  • the blue light LB which is the light of the above, is incident.
  • the green light LG separated from the fluorescent light L phos and the sub light LS from the sub light source 11 are in the first period T1 and the first period, respectively. It is incident on T2 for a period of two.
  • the drive unit 30 drives the second light modulation element 21 in response to the first video signal in the first period T1, and the second light modulation element 21 in the second period T2. It is driven according to the video signal. More specifically, the drive unit 30 drives the first light modulation element 20 in response to the green video signal of the first video signal in the first period T1, and the second light modulation in the second period T2.
  • the element 21 is driven in response to a second video signal, which is a video signal for infrared light.
  • a projector capable of simultaneously projecting a main image as a visible light image and a sub image as a non-visible light image through the same projection lens is realized.
  • the projector of this embodiment can project a sub image without impairing the brightness and gradation of the main image.
  • the period (T1, T2) at which the main image is projected when the sub image is projected is set. This is because it is not reduced.
  • the second light modulation element 21 which is not used for projecting the main image in the second period T2 to project the sub image, the sub image is projected without affecting the main image. Because it can be done.
  • fluorescence that generates fluorescence light by wavelength-converting blue light which is excitation light, in particular. It is preferable to use a light source device using a body. In such a light source device, by rotating the phosphor, it is possible to easily provide a period for emitting blue light without generating fluorescent light. Further, since white light can be generated by using a phosphor and a high-power blue laser light source, the configuration can be simplified.
  • this sub-image is an image that displays a shape similar to the contour of a person or an object included in the main image, it has a correlation with the main image.
  • the observer can observe the infrared light image by wearing the night-vision goggles 22 as shown in FIG. 6 (b).
  • FIG. 10 shows the configuration of the projector according to the second embodiment of the present invention.
  • the components common to the projector of the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the first embodiment.
  • the first and second light modulation elements 25 and 26 a digital micromirror device that modulates incident light by driving a minute mirror corresponding to a pixel and changing its inclination from an OFF state to an ON state is provided. I am using it.
  • the polarizing plate 17 and the wavelength-selective phase plate 18 in the first embodiment are eliminated, and the total reflection prism 23 that switches between the illumination optical path and the projected optical path according to the incident angle, and red light among blue light and fluorescent light.
  • a color separation prism (separation means) 24 for guiding the green light to the corresponding optical modulation element are provided.
  • a projector that can project sub-images together with the main image through the same projection lens is realized. Moreover, the projector of this embodiment can project a sub image without impairing the brightness and gradation of the main image.
  • the sub light source not only a laser light source but also a light source using an LED or a phosphor may be used.

Abstract

【課題】明るく階調性が高い第１の画像と第２の画像とを同時に投射する。 【解決手段】画像投射装置は、第１の画像の投射に用いられる第１の光ＬＢ、第２の光ＬＲおよび第３の光ＬＧと第２の画像の投射に用いられる第４の光ＬＳを出射させる光源装置と、それぞれ光を変調する第１の光変調素子２０および第２の光変調素子２１と、第１および第２の光変調素子を駆動する駆動手段３０とを有する。駆動手段は、１フレーム期間内における第１の期間において、第１の光が入射する第１の光変調素子と第２の光が入射する第２の光変調素子とを第１の画像の投射のために入力される第１の映像信号に応じて駆動し、１フレーム期間内における第２の期間において、第３の光が入射する第１の光変調素子を第１の映像信号に応じて駆動するとともに、第４の光が入射する第２の光変調素子を第２の画像の投射のために入力される第２の映像信号に応じて駆動する。

Description

画像投射装置
　本発明は、２つの画像を同時に投射可能な画像投射装置（以下、プロジェクタという）に関する。
　プロジェクタには、赤色光、緑色光および青色光等の可視光により形成されるメイン画像（第１の画像）を投射すると同時に、赤外光等の非可視光により形成されるサブ画像（第２の画像）を投射することが可能なものがある。特許文献１には、１フレーム期間をメイン画像を投射する期間とサブ画像を投射する期間とに分けることで、１フレーム期間内にてメイン画像とサブ画像とを投射するプロジェクタが開示されている。
特許第５７４６４６５号
　しかしながら、特許文献１にて開示されたプロジェクタでは、１フレーム期間内にメイン画像のみを投射する期間とサブ画像のみを投射する期間とが設けられるため、１フレーム期間内においてメイン画像を投射する期間が少なくなる。この結果、メイン画像の明るさや階調性が低下する。
　本発明は、明るく階調性が高い第１の画像と第２の画像とを同時に投射可能なプロジェクタを提供する。
　本発明の一側面としての画像投射装置は、第１の画像の投射に用いられる互いに波長が異なる第１の光、第２の光および第３の光と第２の画像の投射に用いられる第４の光を出射させる光源装置と、それぞれ光を変調する第１の光変調素子および第２の光変調素子と、第１および第２の光変調素子を駆動する駆動手段とを有する。駆動手段は、１フレーム期間内における第１の期間において、第１の光が入射する第１の光変調素子と第２の光が入射する第２の光変調素子とを第１の画像の投射のために入力される第１の映像信号に応じて駆動し、１フレーム期間内における第２の期間において、第３の光が入射する第１の光変調素子を第１の映像信号に応じて駆動するとともに、第４の光が入射する第２の光変調素子を第２の画像の投射のために入力される第２の映像信号に応じて駆動することを特徴とする。
　本発明によれば、明るく階調性が高い第１の画像と第２の画像とを同時に投射可能な画像投射装置を実現することができる。
本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示す図。 実施例１における蛍光体ホイールの構成を示す図。 実施例１においてＩＲ光源を点灯しない場合の各光変調素子への入射光を示す図。 実施例１においてＩＲ光源を点灯した場合の各光変調素子への入射光を示す図。 実施例１における各光変調素子への入射光と入力映像信号を示す図。 実施例１における非可視画像の例を示す図。 実施例１における非可視画像の別の例を示す図。 実施例１における各光変調素子への入射光と入力映像信号を示す図。 実施例１における非可視画像のさらに別の例を示す図。 本発明の実施例２であるプロジェクタの構成を示す図。
　以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の実施例１である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示している。プロジェクタは、青色レーザ光源１、正レンズ２，１２、負レンズ３，１３、ダイクロイックミラー４，８、集光レンズ５、蛍光体ホイール６、コリメータレンズ７、リレーレンズ系９、３つの折り曲げミラー１０，１４，１６およびサブ光源１１により構成される光源装置を有する。またプロジェクタは、照明レンズ１５、偏光板１７、波長選択性位相板１８および偏光ビームスプリッタ１９により構成される照明光学系を有する。さらにプロジェクタは、第１の光変調素子２０および第２の光変調素子２１を有する。
　図１（ａ），（ｂ）は、蛍光体ホイール６の回転位置が互いに異なる状態において光源装置から出射する光の光路を示している。第１の光源としての青色レーザ光源１は、４５０ｎｍを主波長とする青色光を発する。図１（ａ）に示すように、複数の青色レーザ光源１のそれぞれから平行光束として出射した第２の光としての青色光ＬＢは、正レンズ２により集光され、負レンズ３によって平行化される。これにより青色光ＬＢの光束幅が適正な大きさに設定される。負レンズ３を出射した青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、４７０ｎｍより短波長域の光を反射し、４７０ｎｍより長波長域の光を透過する特性を有する。青色光ＬＢは、ダイクロイックミラー４で反射され、集光レンズ５により蛍光体ホイール６上に集光される。
　図２（ａ），（ｂ）は、蛍光体ホイール６の構成を示している。蛍光体ホイール６は、高反射アルミ等の熱伝導性が高い基板としての金属ホイール６ａ上に、シリコン系のバインダーによって波長変換手段としての蛍光体が固定された蛍光体層６ｂが金属ホイール６ａの回転方向（周方向）に延びるように形成されている。蛍光体層６ｂにおける周方向の一部領域は金属ホイール６ｂとともに切り欠かれており、該領域（蛍光体層６ｂが設けられていない領域）には透光性を有する拡散層６ｃが形成されている。拡散層６ｃは、すりガラスやマイクロレンズアレイにより構成されていてもよい。集光された青色光ＬＢは、蛍光体ホイール６上の周方向１箇所に集光スポット６ｄを形成する。蛍光体ホイール６は、モータによって回転される。
　蛍光体ホイール６が回転すると、１フレーム期間のうち第１の期間では、図２（ａ）に示すように蛍光体層６ｂ上に青色光ＬＢの集光スポット６ｄが形成される。また１フレーム期間のうち第１の期間に続く第２の期間では、図２（ｂ）に示すように拡散層６ｃ上に集光スポット６ｄが形成される。
　図２（ａ）において、蛍光体層６ｂ上に照射された青色光ＬＢは蛍光体によって吸収され、４８０ｎｍ～７００ｎｍまでの広い波長域の光（黄色光）である波長変換光としての蛍光光Ｌphosに波長変換される。蛍光光Ｌphosはそのほとんどが反射率が高い金属ホイール６ａにより反射され、集光レンズ５に向かう。一方、図２（ｂ）において、青色光が拡散層６ｃ上に照射された青色光ＬＢは、拡散されながらここを透過してコリメータレンズ７に入射する。
　図１（ａ）において、集光レンズ５により集光された蛍光光Ｌphosは、前述したように４７０ｎｍより長波長域の光を透過する特性を有するダイクロイックミラー４を透過し、光源装置から照明レンズ１５に向かって出射する。蛍光光Ｌphosは、照明レンズ１５によって所定の光束形状に成形され、折り曲げミラー１６で反射され、偏光板１７を透過して波長選択性位相板１８に導かれる。偏光板１７は、無偏光光である蛍光光Ｌphosを図の紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏光に変換する。波長選択位相板１８は、直線偏光に変換された蛍光光Ｌphosのうち特定の波長域の光成分の偏光方向を９０°回転させる。具体的には、蛍光光Ｌphosのうち波長４８０ｎｍ～６００ｎｍの緑色光の偏光方向が９０°回転され、６００ｎｍ～７００ｎｍの赤色光はその偏光方向が回転されることなく透過する。波長選択位相板１８は、波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍの青色光も、その偏光方向も回転させずに透過する特性を有する。
　波長選択性位相板１８を透過した蛍光光Ｌphosのうち第１の光としての赤色光ＬＲは、偏光ビームスプリッタ１９に、図の紙面に平行な偏光方向を有するＰ偏光として入射し、該偏光ビームスプリッタ１９の偏光分離面を透過して第１の光変調素子２０に入射する。一方、蛍光光Ｌphosのうち第３の光としての緑色光ＬＧは、偏光ビームスプリッタ１９に、図の紙面に垂直な偏光方向を有するＳ偏光として入射し、偏光分離面で反射されて第２の光変調素子２１に入射する。波長選択性位相板１８および偏光ビームスプリッタ１９により分離手段が構成される。
　第１および第２の光変調素子２０，２１は反射型液晶パネルである。各光変調素子は、外部からプロジェクタに入力された映像信号に応じて駆動され、入射した光の偏光状態を変調するとともに該光を反射する。図１（ａ）は、映像信号（第１の映像信号および第２の映像信号）に応じて第１および第２の光変調素子２０，２１を駆動する駆動部（駆動手段）３０を示している。
　第１の光変調素子２０により変調および反射された赤色光ＬＲはＳ偏光として再び偏光ビームスプリッタ１９に入射し、その偏光分離面で反射されて不図示の投射レンズ（投射光学系）に向かう。また第２の光変調素子２１により変調および反射された緑色光ＬＧはＰ偏光として再び偏光ビームスプリッタ１９に入射し、偏光分離面を透過して投射レンズに向かう。
　一方、図２（ｂ）において、蛍光体ホイール６の拡散層６ｃを透過した青色光ＬＢは、コリメータレンズ７により平行化され、前述したように４７０ｎｍより短波長域の光を反射するダイクロイックミラー８により反射される。その後、青色光ＬＢは、リレーレンズ系９と２つの折り曲げミラー１０を介して再びダイクロイックミラー４に入射し、ダイクロイックミラー４で反射されて照明レンズ１５を介して光源装置から出射する。
　光源装置から出射した青色光ＬＢは、蛍光光Ｌphosと同様に照明レンズ１５、折り曲げミラー１６、偏光板１７および波長選択性位相板１８を介して偏光ビームスプリッタ１９に入射する。前述したように波長選択性位相板１８は青色光ＬＢの偏光方向を回転させない。このため、青色光ＬＢは、赤色光ＬＲと同様に偏光分離面を透過して、第１の光変調素子２０に入射する。第１の光変調素子２０により変調および反射された青色光ＬＢは、赤色光ＬＲと同じ光路を辿って投射レンズに入射する。
　投射レンズからは、それぞれ変調された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢが不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。これにより、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢにより形成される可視光画像（フルカラー画像）としてのメイン画像（第１の画像）が投射表示される。
　図３（ａ）～（ｃ）を用いて、第２の光源としてのサブ光源１１を点灯しない場合の各光変調素子への入射光について説明する。蛍光体ホイール６が回転すると、図３（ａ）に示すように、光源装置から１フレーム期間内の第１の期間Ｔ１において蛍光光（Ｙ）Ｌphosが出射し、第２の期間Ｔ２において光源装置から青色光ＬＢが出射する。この蛍光光Ｌphosと青色光ＬＢの出射の切り替わりがフレーム期間ごとに行われる。すなわち、蛍光体ホイール６は、波長変換手段を保持しつつ切替え手段として機能する。
　そして、光源装置から蛍光光Ｌphosが出射する第１の期間Ｔ１では、図３（ｂ）に示すように第１の光変調素子２０に赤色光ＬＲが入射し、第２の光変調素子２１に緑色光ＬＧが入射する。一方、光源装置から青色光ＬＢが出射する第２の期間Ｔ２では、図３（ｂ）に示すように第１の光変調素子２０には青色光ＬＢが入射するが、第２の光変調素子２１には光が入射しない。
　次に、図１（ｂ）を用いて、サブ光源１１から光の光路について説明する。サブ光源１１は、本実施例では波長７５０ｎｍの赤外レーザ光源である。図１（ｂ）に示すように、複数の赤外レーザ光源のそれぞれから平行光束として出射した第４の光としての赤外光（非可視光：以下、サブ光という）ＬＳは、正レンズ１２によって集光され、負レンズ１３によって平行化される。これによりサブ光ＬＳの光束幅が適正な大きさに設定される。
　負レンズ１３を出射したサブ光ＬＳは、折り曲げミラー１４を介して４７０ｎｍより長波長域の光を透過するダイクロイックミラー８に入射し、ダイクロイックミラー８を透過してコリメータレンズ７を介して蛍光体ホイール６上に集光される。
　サブ光源１１は、少なくとも青色光ＬＢと同じタイミングでサブ光ＬＳが光源装置から出射するようにその点灯が制御される。すなわち、蛍光体ホイール６が拡散層６ｃに青色光ＬＢが入射する回転位置に回転するタイミングで、サブ光源１１が点灯される。このため、サブ光ＬＳは、図２（ｂ）に示すように蛍光体ホイール６の拡散層６ｃをコリメータレンズ７側から集光レンズ５側に透過してダイクロイックミラー４に入射し、これを透過する。こうしてサブ光ＬＳは、青色光ＬＢと同じタイミングで光源装置から出射する。
　光源装置から出射したサブ光ＬＳは、蛍光光Ｌphosや青色光ＬＢと同様に照明レンズ１５、折り曲げミラー１６、偏光板１７および波長選択性位相板１８を介して偏光ビームスプリッタ１９に入射する。波長選択性位相板１８は、赤外光に対しては緑色光と同様に偏光方向を９０°回転させる特性を有している。このため、波長選択性位相板１８を透過したサブ光ＬＳは、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタ１９に入射してその偏光分離面で反射し、第２の光変調素子２１に入射する。第２の光変調素子２１により変調および反射されたサブ光ＬＳは、緑色光ＬＧと同じ光路を辿って投射レンズに入射する。
　投射レンズからは、変調されたサブ光ＬＳが被投射面に投射される。これにより、サブ光ＬＳとしての赤外光により形成される非可視光画像としてのサブ画像（第２の画像）が投射表示される。
　図４（ａ）～（ｃ）を用いて、サブ光源１１を点灯した場合の各光変調素子への入射光について説明する。図４（ａ）に示すように、１フレーム期間における第１の期間Ｔ１では光源装置から蛍光光（Ｙ）Ｌphosが出射し、第２の期間Ｔ２では青色光ＬＢとサブ光（ＩＲ）ＬＳが出射する。そして図４（ｂ）に示すように、第１の光変調素子２０には、第１の期間Ｔ１にて第１の光である赤色光ＬＲが入射し、第２の期間Ｔ２にて第２の光である青色光ＬＢが入射する。一方、図４（ｃ）に示すように、第２の光変調素子２１には、第１の期間Ｔ１にて第３の光である緑色光ＬＧが入射し、第２の期間Ｔ２にて第４の光であるサブ光（ＩＲ）ＬＳが入射する。つまり、サブ光源１１を点灯しない場合には第２の光変調素子２１に光が入射しない第２の期間Ｔ２において、サブ光ＬＳが第２の光変調素子２１に入射する。
　次に、図５（ａ），（ｂ）を用いて、第１および第２の光変調素子２０，２１を駆動するためにプロジェクタ（駆動部３０）に入力される映像信号について説明する。図５（ａ）は、第１の光変調素子２０への入射光と該第１の光変調素子２０を駆動するために入力される第１の映像信号を示す。図５（ｂ）は、第２の光変調素子２１への入射光と該第２の光変調素子２１を駆動するために入力される第２の映像信号を示す。
　図５（ａ）に示すように、第１の光変調素子２０には、蛍光光Ｌphosから分離された赤色光ＬＲと青色レーザ光源１からの青色光ＬＢがそれぞれ、１フレーム期間内における第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２に入射する。このとき、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２のいずれにおいても、第１の光変調素子２０を第１の映像信号に応じて駆動する。より詳しくは、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１において第１の光変調素子２０を第１の映像信号のうち赤色映像信号に応じて駆動し、第２の期間Ｔ２において第２の光変調素子２１を第１の映像信号のうち青色映像信号に応じて駆動する。
　また図５（ｂ）に示すように、第２の光変調素子２１には、蛍光光Ｌphosから分離された緑色光ＬＧとサブ光源１１からのサブ光ＬＳがそれぞれ第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２に入射する。このとき、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１では第２の光変調素子２１を第１の映像信号に応じて駆動し、第２の期間Ｔ２では第２の光変調素子２１を第２の映像信号に応じて駆動する。より詳しくは、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１において第１の光変調素子２０を第１の映像信号のうち緑色映像信号に応じて駆動し、第２の期間Ｔ２において第２の光変調素子２１を赤外用の映像信号である第２の映像信号に応じて駆動する。
　以上の構成および動作により、可視光画像としてのメイン画像とともに非可視光画像としてのサブ画像を同じ投射レンズを通して同時投射可能なプロジェクタが実現される。しかも本実施例のプロジェクタは、メイン画像の明るさや階調性を損なうことなくサブ画像を投射することができる。その理由は、図３（ｂ），（ｃ）と図４（ｂ），（ｃ）を比較すると明らかなように、サブ画像を投射する際にメイン画像を投射する期間（Ｔ１，Ｔ２）を少なくしていないためである。より詳しくは、第２の期間Ｔ２においてメイン画像の投射に使用されない第２の光変調素子２１をサブ画像を投射するために使用することで、メイン画像に影響を与えることなく、サブ画像を投射することができるためである。
　本実施例のように１フレーム期間内において第２の光変調素子にメイン画像の投射に使用されない期間が発生する構成では、特に励起光である青色光を波長変換して蛍光光を発生する蛍光体を用いた光源装置を使用することが好ましい。このような光源装置では、蛍光体を回転させることで、蛍光光を発生させずに青色光を出射させる期間を容易に設けることができる。また、蛍光体と高出力な青色レーザ光源とを用いて白色光を生成することができるので、構成を簡易することができる。
　なお、光源装置としては、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源および青色レーザ光源を備えたものを用いてもよい。この場合、青色レーザ光源を点灯する期間と赤色レーザ光源および緑色レーザ光源を点灯する期間とを異ならせて交互に点灯してもよい。
　次に、本実施例におけるサブ画像の具体例について説明する。サブ画像（第２の映像信号）としては、メイン画像（第１の映像信号）に対して相関性があるものであってもよい。例えば図６（ａ）に示す夜間風景を表示するメイン画像に対して、図６（ｂ）に示すようにこのメイン画像に含まれる人や物体（星や地面）の輪郭を示す赤外光画像をサブ画像としてメイン画像に重畳表示するようにしてもよい。赤外光画像は、メイン画像に含まれる人や物体に対して赤外光を照射してそれらで反射した赤外光を赤外線カメラで撮像することで生成された第２の映像信号を駆動部３０に入力することで投射表示させることができる。このサブ画像は、メイン画像に含まれる人や物体の輪郭と相似な形状を表示する画像であるので、メイン画像とは相関性がある。観察者は、図６（ｂ）に示すように暗視ゴーグル２２を装着することで赤外光画像を観察することができる。
　また、サブ画像としては、メイン画像に対して相関性がないものであってもよい。例えば図７（ａ）に示すメイン画像を投射する際に、図７（ｂ）に示すような格子パターンのサブ画像を赤外光により重畳投射してもよい。格子パターンはメイン画像とは無関係であるので、このサブ画像はメイン画像とは相関性はない。例えば平面でない被投射面にメイン画像を投射する際に、投射された格子パターンを赤外光カメラ２３で撮像し、得られた格子パターン撮像画像から被投射面の歪みや傾き等を計算し、その結果に応じてメイン画像を補正して投射することができる。このようなサブ画像は、一般の観察者には視認されないので、一般の観察者に気付かれずに投射画像の補正を行えるというメリットがある。また、このような格子パターンのサブ画像は、複数台のプロジェクタを用いてマルチプロジェクションを行う場合にそれぞれのプロジェクタからの投射画像の位置合わせに用いることもできる。
　なお、サブ画像を可視光により投射表示してもよい。例えばサブ光源として波長５３０ｎｍの緑色レーザ光源を用いることができる。図８（ａ）は、サブ光源として緑色レーザ光源を用いた場合における第１の光変調素子２０への入射光と該第１の光変調素子２０を駆動するために入力される第１の映像信号を示す。図８（ｂ）は、同じ場合における第２の光変調素子２１への入射光と該第２の光変調素子２１を駆動するために入力される第２の映像信号を示す。
　図８（ａ）に示すように、第１の光変調素子２１には、図５（ａ）と同様に蛍光光Ｌphosから分離された赤色光ＬＲと青色レーザ光源１からの青色光ＬＢがそれぞれ、１フレーム期間内における第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２に入射する。このとき、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１において第１の光変調素子２０を第１の映像信号のうち赤色映像信号に応じて駆動し、第２の期間Ｔ２において第２の光変調素子２１を第１の映像信号のうち青色映像信号に応じて駆動する。
　一方、図８（ｂ）に示すように、第２の光変調素子２１には、蛍光光Ｌphosから分離された緑色光ＬＧとサブ光源１１からのサブ光としての緑色光ＬＧ′がそれぞれ第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２に入射する。このとき、駆動部３０は、第１の期間Ｔ１において第１の光変調素子２０を第１の映像信号のうち緑色映像信号に応じて駆動し、第２の期間Ｔ２において第２の光変調素子２１を緑色（サブ画像）用の第２の映像信号に応じて駆動する。
　緑色光により第２の映像信号に応じて表示されるサブ画像は、第１の映像信号に応じて表示されるメイン画像に対して前述した相関性があってもよいし、相関性がない文字、記号、パターンを示す画像であってもよい。例えば、９（ａ）に示すメイン画像に対して、図９（ｂ）に示すサブ画像を図９（ｃ）に示すように重畳投射してもよい。図９（ｂ）に示すサブ画像は、会議用のプレゼンテーション画像（メイン画像）上を緑色レーザポインタでなぞった軌跡をカメラで撮像して得られた映像信号に、パーソナルコンピュータから入力した文字情報を加えた第２の映像信号を駆動部３０に入力することで投射される。
　図１０は、本発明の実施例２であるプロジェクタの構成を示している。図１０において、実施例１のプロジェクタと共通する構成要素には実施例１と同符号を付している。本実施例では、第１および第２光変調素子２５，２６として、画素に対応する微小ミラーを駆動してその傾きをＯＦＦ状態からＯＮ状態にすることで入射光を変調するデジタルマイクロミラーデバイスを用いている。また本実施例では、実施例１における偏光板１７と波長選択性位相板１８をなくし、入射角度に応じて照明光路と投射光路を切り替える全反射プリズム２３と、青色光および蛍光光のうち赤色光と緑色光を対応する光変調素子に導くための色分離プリズム（分離手段）２４とを設けている。
　光源装置の構成は実施例１と同じである。光源装置から出射した蛍光光Ｌphosは、照明レンズ１５によってその光束形状を適切に成形されながら、折り曲げミラー２２を介して全反射プリズム２３に導かれる。全反射プリズム２３は、２つのプリズムが１０μｍ程度のエアギャップを介して接合された素子であり、エアギャップ層に入射した光が全反射することでその光路が折り曲げられる。光路が折り曲げられた蛍光光Ｌphosは、色分離プリズム２４に入射する。色分離プリズム２４は、２つの直角プリズムの接合面に誘電体多層膜が形成されたものであり、波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍの青色光と６００～７００ｎｍの赤色光を透過し、４９０ｎｍ～５９０ｎｍの緑色光を反射する特性を有する。波長４８０ｎｍ～７００ｎｍの蛍光光Ｌphosは、色分離プリズム２４によって第２の光としての赤色光ＬＲと第３の光としての緑色光ＬＧに分離される。
　赤色光ＬＲは第１の光変調素子２５に入射し、緑色光ＬＧは第２の光変調素子２６に入射する。第１および第２の光変調素子２５，２６により変調および反射された赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧは、色分離プリズム２４で再度合成された後、全反射プリズム２３のエアギャップ層に再入射する。この際、各光変調素子において微小ミラーの角度がＯＮ状態であるとき、該微小ミラーからの反射光は臨界角より小さな角度でエアギャップ層に入射してここを透過する。全反射プリズム２３を透過した赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧは、該全反射プリズム２３の透過光路側に配置された不図示の投射レンズに導かれ、投射レンズを介して被投射面に投射される。
　また、光源装置から出射した第１の光としての青色光ＬＢは、蛍光光と同様に照明レンズ１５、折り曲げミラー２２および全反射プリズム２３を介して色分離プリズム２４に入射する。そして青色光ＬＢは、色分離プリズム２４を透過して第１の光変調素子２５に入射する。第１の光変調素子２５により変調および反射された青色光ＬＢは、赤色光ＬＲと同じ光路を辿って投射レンズに入射する。
　本実施例におけるサブ光源１１は、実施例１と同様に波長７５０ｎｍの赤外レーザ光源を用いて構成されている。サブ光源１１は、実施例１で図４（ａ），（ｃ）を用いて説明したように青色光ＬＢが光源装置から出射する第２の期間Ｔ２にて点灯される。これにより、サブ光源１１からのサブ光ＬＳ（赤外光ＩＲ）は、第２の期間Ｔ２に第２の光変調素子２６に入射する。また本実施例でも、実施例１で図５（ｂ），（ｃ）を用いて説明したように、１フレーム期間内の第１の期間Ｔ１では第１および第２の光変調素子２５，２６は第１の映像信号（赤色および青色映像信号）に応じて駆動される。また、第２の期間Ｔ２では、第１の光変調素子２５は第１の映像信号（緑色映像信号）に応じて、第２の光変調素子２６は第２の映像信号（赤外用映像信号）に応じてそれぞれ駆動される。
　以上の構成および動作により、メイン画像とともにサブ画像を同じ投射レンズを通して同士投射可能なプロジェクタが実現される。しかも本実施例のプロジェクタは、メイン画像の明るさや階調性を損なうことなくサブ画像を投射することができる。
　なお、本実施例において光変調素子として用いるデジタルマイクロミラーデバイスは、液晶パネルに比べて応答性が高い。このため、実施例１では１フレーム期間内に第１の期間と第２の期間を１つずつ設けて青色光の投射とサブ光の投射を１回だけ切り替えたが、本実施例では１フレーム期間内にて青色光の投射とサブ光の投射を複数回切り替えることも可能である。すなわち、１フレーム期間内にそれぞれ複数の第１の期間と第２の期間を交互に設けてもよい。これにより、時分割表示を行う際に生じるカラーブレイクの減少を緩和することが可能になり、投射画像の品位を向上させることができる。
　また、第１および第２の光変調素子は、透過型液晶パネルでもよい。この場合は、ダイクロイックミラー等の色分離素子と、これとは別のダイクロイックプリズム等の色合成素子を設ければよい。
　また、サブ光源としては、レーザ光源だけでなくＬＥＤや蛍光体を用いた光源であってもよい。
　ただし、サブ光源１１を設けなくてもよい。具体的には、図２（ｂ）に示した蛍光体ホイール６のうち青色光を透過させる領域（６ｃ）に、励起光としての青色光の一部を波長変換して蛍光光としての赤外光を発生させる蛍光体（第２の波長変換手段）を設け、この蛍光体から蛍光光としての赤外光と波長変換されなかった青色光がともに出射するように構成する。これにより、蛍光体ホイールには、青色光を波長変換して蛍光光としての黄色光を発生させる蛍光体（第１の波長変換手段）が設けられた領域（６ｂ）と青色光の一部を波長変換して蛍光光としての赤外光を発生させる蛍光体（第２の波長変換手段）が設けられた領域とが回転方向に設けられる。この蛍光体ホイールの回転に応じて、１フレーム期間の第１の期間に黄色光（赤色光＋緑色光）を出射させ、第２の期間に青色光と赤外光を出射させることができる。したがって、サブ光源１１は不要である。
　以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
 

Claims (9)

  1. 　第１の画像の投射に用いられる互いに波長が異なる第１の光、第２の光および第３の光と第２の画像の投射に用いられる第４の光を出射させる光源装置と、
    　それぞれ光を変調する第１の光変調素子および第２の光変調素子と、
    　前記第１および第２の光変調素子を駆動する駆動手段とを有し、
    　前記駆動手段は、
    　１フレーム期間内における第１の期間において、前記第１の光が入射する前記第１の光変調素子と前記第２の光が入射する前記第２の光変調素子とを前記第１の画像の投射のために入力される第１の映像信号に応じて駆動し、
    　前記１フレーム期間内における第２の期間において、前記第３の光が入射する前記第１の光変調素子を前記第１の映像信号に応じて駆動するとともに、前記第４の光が入射する前記第２の光変調素子を前記第２の画像の投射のために入力される第２の映像信号に応じて駆動することを特徴とする画像投射装置。
  2. 　前記第１、第２および第３の光は可視光であり、前記第４の光は非可視光であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
  3. 　前記第１、第２、第３および第４の光は可視光であることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
  4. 　前記第２の画像は、前記第１の画像に重畳するように投射されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
  5. 　前記第１の光を発する第１の光源と、
    　前記第１の光を波長変換して波長変換光を発生させる波長変換手段と、
    　前記波長変換光を前記第２の光と前記第３の光に分離する分離手段と、
    　前記第１の光と前記波長変換光を切り替えて出射させる切替え手段と、
    　前記第４の光を発する第２の光源とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
  6. 　前記切替え手段は、回転する基板を有し、
    　前記基板における回転方向に前記波長変換手段が設けられた領域と該波長変換手段が設けられていない領域とが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の画像投射装置。
  7. 　前記第１の光を発する第１の光源と、
    　前記第１の光を波長変換して第１の波長変換光を発生させる第１の波長変換手段と、
    　前記第１の光の一部を波長変換して前記第４の光を発生させるとともに、波長変換されなかった前記第１の光を出射させる第２の波長変換手段と、
    　前記第１の光を前記第１の波長変換手段と前記第２の波長変換手段に切り替えて入射させる切替え手段と、
    　前記第１の波長変換光を前記第２の光と前記第３の光に分離する分離手段とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の画像投射装置。
  8. 　前記切替え手段は、回転する基板を有し、
    　前記基板における回転方向に前記第１の波長変換手段が設けられた領域と前記第２の波長変換手段が設けられた領域とが設けられていることを特徴とする請求項７に記載の画像投射装置。
  9. 　前記１フレーム期間内に、それぞれ複数の前記第１および第２の期間を設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の画像投射装置。
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