JP2004325477A

JP2004325477A - 表示装置

Info

Publication number: JP2004325477A
Application number: JP2003115653A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 秀文坂田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-21
Also published as: JP3891141B2

Abstract

【課題】簡易な制御で輝度を低下させることなく色再現範囲を拡大すること。
【解決手段】第１光源２１ａは、１フレームの表示期間を２分割した前半のサブフレームで点灯し、第２光源２１ｂは、後半のサブフレームで点灯する。また、第３及び第４光源２３ａ，２５ａは、１フレームの表示期間に亘って並行して点灯する。この際、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光強度は、第３及び第４光源２３ａ，２５ａの例えば２倍とすることができる。一方、第１液晶ライトバルブ３１は、１フレームの表示期間を２分割した前半のサブフレームで色Ｇ１の投射画像の輝度に対応する表示状態をとり、後半のサブフレームで色Ｇ２の投射画像に対応する表示状態をとる。また、第２及び第３液晶ライトバルブ３３，３５は、１フレームの表示期間に亘ってそれぞれ色Ｂ及び色Ｒの画像に対応する表示状態をとる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調装置を用いてカラー画像を表示するプロジェクタおよび表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤの２次元アレイをバックライトとして用いてＬＣＤの各画素を照明するフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤ）が知られている（非特許文献１参照）。このようなＦＰＤでは、１フレームを一対のサブフレームに分割し、これらサブフレームのそれぞれに近似する２色Ｇ１、Ｇ２の表示を割り当てるとともに、それぞれに色Ｒ、Ｂの表示も割り当てる。これにより、第１サブフレームで色Ｒ、Ｇ１の画像を表示し、第２サブフレームで色Ｇ２、Ｂの画像を表示することになり、結果的に４色で画像を表現することができるので、色再現範囲を拡大することができる。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｉ．Ｈｉｙａｍａｅｔａｌ．，ＬＮ−３：”Ｆｏｕｒ−ＰｒｉｍａｒｙＣｏｌｏｒ１５−ｉｎ．ＸＧＡＴＦＴ−ＬＣＤｗｉｔｈＷｉｄｅＣｏｌｏｒＧａｍｕｔ”，ＥＵＲＯＤＩＳＰＬＡＹ２００２，ＰＰ８２７−８３０
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のＦＰＤでは、同時に２色の照明及び表示を行うので、カラーフィルタの使用が不可欠であり、ＬＣＤすなわち画像表示部分の構造が複雑になるとともに、フィルタでの光量損失が発生する。
【０００４】
また、上記のＦＰＤでは、１フレームを一対のサブフレームに分割するので、倍速でＬＣＤ等を駆動する必要があり、各色に対応する制御信号の生成が極めて複雑なものとなる。しかも、４色に対応する４つのＬＥＤのうち２つのＬＥＤのみを発光させるので、結果的にＬＥＤの休止時間が多くＬＥＤが有効に活用されていない。なお、適当なフィルタの採用によって４色に対応する４つのＬＥＤ素子を同時に点灯することも考えられるが、表示画像によっては分割した両色Ｇ１、Ｇ２の輝度差が極めて大きくなる場合があるので、色Ｇ１、Ｇ２の点灯を切替える際に、隣接するＲ色又はＧ色の画素の輝度がサブフレームの切替えの影響で不安定に変動する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、簡易な制御で輝度を低下させることなく色再現範囲を拡大することができる表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明係る表示装置は、第１乃至第４照明光をそれぞれ発生する第１乃至第４固体光源を有する光源装置と、第１乃至第４照明光をそれぞれ変調する空間光変調手段と、光源装置の動作を制御することにより、第１及び第２照明光を空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させるとともに、第３及び第４照明光を第１及び第２照明光との重複を回避するように空間光変調手段に個別に入射させる制御装置とを備える。ここで、「固体光源」とは、ＬＥＤ、ＥＬ素子、ＬＤ等を含む概念である。また、「第１及び第２照明光との重複を回避する」とは、第３及び第４照明光が第１及び第２照明光との関係で時間的又は空間的に異なる状態でそれぞれ照射されることを意味する。換言するならば、異なる照明光によって同一箇所が同時に照明されることを回避していることになる。
【０００７】
上記表示装置では、制御手段が第１及び第２照明光を空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させるとともに、第３及び第４照明光を第１及び第２照明光との重複を回避するように空間光変調手段に個別に入射させるので、フィルタを用いることなく空間光変調手段を構成することができ、フィルタでの光量損失の発生を防止することができる。つまり、色再現範囲の広いカラー画像を形成するにも拘わらず、効率的な照明によって高輝度のカラー画像を表示することができる。
【０００８】
また、上記装置の具体的態様では、空間光変調手段が、第１及び第２照明光に対応する第１空間光変調装置と、第３照明光に対応する第２空間光変調装置と、第４照明光に対応する第３空間光変調装置とを備え、制御装置が、第３及び第４照明光を第２及び第３空間光変調装置にそれぞれ入射させることと並行して、第１及び第２照明光を第１空間光変調装置の同一照明領域に時系列的に入射させる。ここで、「空間光変調装置」とは、例えば液晶ライトバルブに代表される光デバイスであり、デジタルミラーデバイス等を含む概念である。この場合、３つの空間光変調装置によって４元系のカラー表示が可能になるだけでなく、第１又は第２固体光源と、第３固体光源と、第４固体光源とを並行して効率的に動作させることによって高輝度の画像を形成することができる。
【０００９】
また、上記装置の別の具体的態様では、第１及び第２照明光は、互いにピーク波長が近似するとともに、第３及び第４照明光は、第１及び第２照明光のピーク波長から離れたピーク波長をそれぞれ有する。この場合、近似する２色のみに関して１フレームを分割してサブフレームを形成することになり、第１空間光変調装置やその前後の光学系を第１及び第２照明光に適合させたものとすることができる。さらに、第２及び第３空間光変調装置をそれぞれ第３及び第４照明光ごとに個別に動作させるので、これらの２色に関する信号処理等は旧来のものをそのまま活用することができる。
【００１０】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、第１及び第２照明光が入射した場合に、この第１及び第２照明光を合波して空間光変調手段に入射させる合波手段と、第１及び第２照明光のうち一方の照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とをさらに備える。この場合、偏光変換手段が一方の照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させるので、合波手段の合波特性が第２照明光等の波長において偏波依存性を有している場合であっても、その特性に応じた偏光光を合波手段に入射させることができる。よって、第１及び第２照明光を効率よく合波することができ、合波によって最終的に得られる照明光の輝度向上を図ることができる。ここで、「偏波依存性」とは、合波手段による合波効率等の特性が入射光の偏光状態によって異なることを意味する。
【００１１】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、合波手段が、光の透過及び反射を利用する光合分岐素子であり、一方の照明光のピーク波長は、所定方向の直線偏光に関する光合分岐素子の第１エッジ波長と、所定方向に対して直交方向の直線偏光に関する光合分岐素子の第２エッジ波長との間の較差発生領域に設定されている。この場合、光合分岐素子の透過反射特性においてＳ偏光及びＰ偏光に対するエッジ波長の差が大きく無視できない程度の較差発生領域が存在していても、これを補償した合波により輝度向上を図ることができる。
【００１２】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、空間光変調手段が、第１乃至第４照明光が全て入射する単一の空間光変調装置を備え、制御装置が、第１乃至第４照明光を単一の空間光変調装置の同一照明領域に時分割で入射させる。この場合、単一の空間光変調装置によって４元系の明るいカラー表示が可能になる。
【００１３】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、１フレーム中における第１及び第２照明光による総和の照明時間が、第３及び第４照明光による各照明時間と等しく、第１及び第２照明光の強度が、第３及び第４照明光の強度よりも相対的に大きい。この場合、第１及び第２照明光による照明を１フレーム中で時系列的に行うサブフレーム化による照明時間の減少を、第１及び第２照明光の強度増加によって補うことができる。
【００１４】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、制御装置が、第１及び第２照明光を、画像の色調若しくは白色レベルに対応する所定の強度比で空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させる。なお、第１及び第２照明光による照明時間の比率は例えば１：１に設定される。この場合、画像の色調や白色レベルに対応する適切な表示が可能になる。
【００１５】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、制御装置が、第１及び第２照明光を、フレーム時間を２分割した照明時間で、かつ、第３及び第４照明光の強度の２倍の強度で、空間光変調手段にそれぞれ入射させる。この場合、バランス良く明るい４元系のカラー表示が可能になる。
【００１６】
また、上記装置のさらに別の具体的態様では、制御装置が、第１及び第２照明光を、画像の色調若しくは白色レベルに対応する所定の時間比で空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させる。なお、第１及び第２照明光による照明強度の比率は例えば１：１に設定される。この場合、画像の色調や白色レベルに対応する適切な表示が可能になる。
【００１７】
また、本発明のプロジェクタは、上記表示装置を含み、さらに、空間光変調手段の像を投射する投影光学系を備えるものである。かかるプロジェクタでは、色再現範囲の広いカラー画像を投射するにも拘わらず、効率的な照明によって投射されたカラー画像を高輝度とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る投射装置の構造を概念的に説明するブロック図である。この投射装置、すなわちプロジェクタ１０は、照明装置２０と、光変調装置３０と、投射レンズ４０と、制御装置５０とを備える。ここで、照明装置２０は、Ｇ光照明装置２１と、Ｂ光照明装置２３と、Ｒ光照明装置２５と、光源駆動装置２７とを有する。また、光変調装置３０は、空間光変調装置である３つの液晶ライトバルブ３１，３３，３５と、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３７と、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に駆動信号を出力する素子駆動装置３８とを有する。
【００１９】
照明装置２０において、Ｇ光照明装置２１は、中心波長が比較的近い一対の照明光を発生する第１及び第２光源２１ａ，２１ｂと、これら光源２１ａ，２１ｂからの照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄと、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光を合波する光合分岐素子であるダイクロイックミラーＤＭとを備える。ここにおいて、光源２１ａ，２１ｂ及び凹面反射鏡２１ｄは、光源装置を構成する。
【００２０】
第１及び第２光源２１ａ、２１ｂは、ともに固体光源とも呼ばれるＬＥＤであり、３原色のうち緑（Ｇ）の範疇に含まれるが中心波長の異なる一対のＧ１光及びＧ２光をそれぞれ発生する。第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射し、このダイクロイックミラーＤＭで反射されてロッドレンズ２１ｆに入射する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２も、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射する。ダイクロイックミラーＤＭに入射した第２照明光ＩＧ２は、これを透過し、第１照明光ＩＧ１と合波された状態でロッドレンズ２１ｆに入射する。ロッドレンズ２１ｆに入射した第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２は、ロッドレンズ２１ｆで均一化されて、光変調装置３０を構成するＧ光用の液晶ライトバルブ３１に入射する。なお、ロッドレンズ２１ｆは、ロッドインテグレータとも呼ばれ、側面を反射面とした円柱又は角柱であり、これに入射した各種入射角度の光束を波面分割と重畳とによって均一化して出力する。
【００２１】
Ｂ光照明装置２３は、第３光源２３ａと、凹面反射鏡２３ｄと、ロッドレンズ２３ｆとを備える。ここにおいて、光源２３ａ及び凹面反射鏡２３ｄは、光源装置を構成する。第３光源２３ａは、３原色のうち青（Ｂ）の範疇に含まれるＢ光を発生するＬＥＤである。第３光源２３ａからの第３照明光ＩＢは、凹面反射鏡２３ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２３ｆに入射する。ロッドレンズ２３ｆに入射した第３照明光ＩＢは、ロッドレンズ２３ｆで均一化されて光変調装置３０のうちＢ光用の液晶ライトバルブ３３に入射する。
【００２２】
Ｒ光照明装置２５は、第４光源２５ａと、凹面反射鏡２５ｄと、ロッドレンズ２５ｆとを備える。ここにおいて、光源２５ａ及び凹面反射鏡２５ｄは、光源装置を構成する。第４光源２５ａは、３原色のうち赤（Ｒ）の範疇に含まれるＲ光を発生するＬＥＤである。第４光源２５ａからの第４照明光ＩＲは、凹面反射鏡２５ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２５ｆに入射する。ロッドレンズ２５ｆに入射した第４照明光ＩＲは、ロッドレンズ２５ｆで均一化されて光変調装置３０のうちＲ光用の液晶ライトバルブ３５に入射する。
【００２３】
各液晶ライトバルブ３１，３３，３５にそれぞれ入射した各照明装置２１，２３，２５からの光は、これら液晶ライトバルブ３１，３３，３５によってそれぞれ２次元的に変調される。各液晶ライトバルブ３１，３３，３５を通過した各色の光は、光合成部材であるクロスダイクロイックプリズム３７で合成されて、その一側面から射出する。クロスダイクロイックプリズム３７から射出した合成光の像は、投射レンズ４０に入射してプロジェクタ１０外部に設けたスクリーン（不図示）に適当な拡大率で投影される。つまり、プロジェクタ１０によって、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に形成された各色Ｇ１，Ｇ２，Ｂ，Ｒの画像を合成した画像が、動画又は静止画としてスクリーン上に投射される。なお、図示を省略しているが、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５の周辺の適所には、これらの液晶ライトバルブ３１，３３，３５を偏光光で照明し読み出すため、偏光板が配置されている。
【００２４】
制御装置５０は、光源駆動装置２７に制御信号を出力して、各照明装置２１，２３，２５に設けた各光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａの発光タイミング及び発光強度を調節する。具体的に説明すると、第１光源２１ａは、１フレームの表示期間を２分割した前半のサブフレームで点灯し、第２光源２１ｂは、後半のサブフレームで点灯する。また、第３及び第４光源２３ａ，２５ａは、１フレームの表示期間に亘ってそれぞれ並行して点灯する。この際、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光強度は、第３及び第４光源２３ａ，２５ａの例えば２倍とすることができる。
【００２５】
また、制御装置５０は、素子駆動装置３８に制御信号を出力して、各液晶ライトバルブ３１，３３，３５に投射画像の輝度に対応する２次元的な偏光特性分布を形成する。具体的に説明すると、第１液晶ライトバルブ３１は、１フレームの表示期間を２分割した前半のサブフレームで色Ｇ１の投射画像の輝度に対応する表示状態をとり、後半のサブフレームで色Ｇ２の投射画像の輝度に対応する表示状態をとる。また、第２及び第３液晶ライトバルブ３３，３５は、１フレームの表示期間に亘ってそれぞれ色Ｂ及び色Ｒの投射画像の輝度に対応する表示状態をとる。
【００２６】
図２は、第１実施形態のプロジェクタ１０の動作を説明するタイミングチャートである。図２（ａ）は色Ｇ１の輝度信号の書き込みを示し、図２（ｂ）は色Ｇ１の照明光の照射を示し、図２（ｃ）は色Ｇ２の輝度信号の書き込みを示し、図２（ｄ）は色Ｇ２の照明光の照射を示す。また、図２（ｅ）は色Ｂの輝度信号の書き込みを示し、図２（ｆ）は色Ｂの照明光の照射を示し、図２（ｇ）は色Ｒの輝度信号の書き込みを示し、図２（ｈ）は色Ｒの照明光の照射を示す。
【００２７】
図２（ａ）からも明らかなように、前半サブフレームの最初に色Ｇ１に対応する第１液晶ライトバルブ３１の書き込みが行われ、その直後から色Ｇ１に対応する第１光源２１ａが点灯して、第１照明光ＩＧ１による第１液晶ライトバルブ３１の照明が行われる（図２（ｂ）参照）。また、図２（ｃ）からも明らかなように、後半サブフレームの最初に色Ｇ２に対応する第１液晶ライトバルブ３１の書き込みが行われ、その直後から色Ｇ２に対応する第２光源２１ｂが点灯して、第２照明光ＩＧ２による第１液晶ライトバルブ３１の照明が行われる（図２（ｄ）参照）。以上の動作と並行して、フレーム期間の最初に色Ｂに対応する第２液晶ライトバルブ３３の書き込みが行われ（図２（ｅ）参照）、その直後から色Ｂに対応する第３光源２３ａが点灯して、第３照明光ＩＢによる第２液晶ライトバルブ３３の照明が行われる（図２（ｆ）参照）。同様にして、フレーム期間の最初に色Ｒに対応する第３液晶ライトバルブ３５の書き込みが行われ（図２（ｇ）参照）、その直後から色Ｒに対応する第４光源２５ａが点灯して、第４照明光ＩＲによる第３液晶ライトバルブ３５の照明が行われえる（図２（ｈ）参照）。
【００２８】
以上の動作において、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの駆動電流は、例えば定格電流の２倍程度としてあり、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光輝度は、通常の２倍程度となっている。これにより、１フレームの半分の時間しかないサブフレーム期間で第１及び第２光源２１ａ，２１ｂを点灯しても、第３及び第４光源２３ａ，２５ａと同等程度の輝度を確保することができる。また、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光輝度自体を、駆動電流の調節によって第３光源２３ａ等の発光輝度の２倍とすることもできる。
【００２９】
一方、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光輝度や、第３及び第４光源２３ａ，２５ａの発光輝度は、互いに等しくする必要は必ずしもない。例えば、白色レベルが光学系やスクリーン等の影響を受ける場合、このような影響を相殺するように、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂ相互の発光強度比や、これらの第３光源２３ａ等に対する強度比を適宜変更又は調節することができる。また、投射すべき画像の色調に一定の傾向がある場合や特定の色を強く表現したい場合、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂ相互の発光強度比や、第３光源２３ａ等に対する強度比を適宜変更することができる。この場合、特定色のコントラストを高めることができ、多様なカラー画像を提供することができる。
【００３０】
また、以上の例では、１フレーム期間を２等分してサブフレームを形成しているが、１フレームを適当な時間比で一対のサブフレームに分割することもできる。この場合、必要ならば第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光輝度をサブフレームの時間の逆数に比例するものとすることができる。例えば第１光源２１ａに対応する色Ｇ１のサブフレーム時間と、第２光源２１ｂに対応する色Ｇ２のサブフレーム時間との比をＡ：Ｂとすると、第１光源２１ａの発光輝度若しくは駆動電流と、第２光源２１ｂの発光輝度若しくは駆動電流との比を、例えば（１／Ａ）：（１／Ｂ）とすることができる。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクタ１０によれば、プロジェクタの装置構造をあまり複雑化することなく、Ｇ１，Ｇ２，Ｂ，Ｒによる高輝度でバランス良い４原色表現が可能になるので、色再現範囲を簡易に拡大することができる。なお、以上の説明において、第１及び第２照明光Ｇ１，Ｇ２の双方を便宜上緑（Ｇ）の範疇（約４９０〜５８０ｎｍ）に含まれるものとして説明しているが、第１及び第２照明光Ｇ１，Ｇ２のいずれか一方は、緑（Ｇ）の範疇からはずれて赤（Ｒ）や青（Ｂ）の範疇に含まれるものであってもよい。
【００３２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタの構造は、図１に示す第１実施形態のものとほぼ同様であるが、ダイクロイックミラーＤＭと第２光源２１ｂとの間に以下に詳述する偏光変換手段すなわち偏光変換部が配置されている点で、第１実施形態と異なる。第１光源２１ａの中心波長と第２光源２１ｂの中心波長とが近接する場合には、ダイクロイックミラーＤＭと第２光源２１ｂとの間に偏光変換部を設けば、より効率的に合波できるからである。
【００３３】
図３は、偏光変換部ＰＣの構造を説明する図である。この偏光変換部ＰＣは、均一化のためのロッドレンズ１６１と、偏光状態を変更するための１／４波長板１６２と、偏光成分を抽出するための反射型偏光板１６３とを備える。第２光源２１ｂから周囲に射出した第２照明光ＩＧ２は、直接或いは凹面反射鏡２１ｄを介してロッドレンズ１６１にその一端Ｐ１側から入射する。ロッドレンズ１６１に入射した第２照明光ＩＧ２は、他端Ｐ２から射出して１／４波長板１６２及び反射型偏光板１６３を順次通過する。この１／４波長板１６２を通過することによって、第２照明光ＩＧ２のうち直線偏光成分は円偏光に変換される。また、反射型偏光板１６３を通過することにより、第２照明光ＩＧ２のうちＰ偏光のみが選択的に通過する。なお、反射型偏光板１６３で反射された第２照明光ＩＧ２は、主にＳ偏光のみとなっているが、１／４波長板１６２を通過することによって円偏光に変換されて他端Ｐ２からロッドレンズ１６１に戻される。ロッドレンズ１６１に戻された第２照明光ＩＧ２は、凹面反射鏡２１ｄに達した後逆行してロッドレンズ１６１に戻され、再度１／４波長板１６２及び反射型偏光板１６３に入射する。このような再入射光は、１／４波長板１６２によって円偏光からＰ偏光に変換されて効率よく反射型偏光板１６３を通過する。以上の説明から明らかなように、反射型偏光板１６３からダイクロイックミラーＤＭに入射する第２照明光ＩＧ２は、第２光源２１ｂからの光を効率よくＰ偏光にのみ変換したものとなっている。
ここで、ダイクロイックミラーＤＭは、以下に詳述するように、第１照明光ＩＧ１を偏光方向に拘わらずほぼ１００％反射するが、第２照明光ＩＧ２については、Ｓ偏光だけを反射してＰ偏光を透過させる。よって、図３に示すように第２照明光ＩＧ２をＰ偏光に変換することで、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光ＩＧ１，ＩＧ２を極めて低損失で合波することができる。また、両光源２１ａ，２１ｂがともに光軸上に配置されるので、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光の特性をそろえて図１に示す液晶ライトバルブ３１に入射させることができ、液晶ライトバルブ３１による照明光の利用効率を高めることができる。
【００３４】
以上の説明において偏光変換部ＰＣに組み込まれる反射型偏光板１６３は、グリッド型偏光子とも呼ばれ、光透過性の基板上にＡｌ等のストライプを数百ｎｍ程度のピッチで周期的に形成したものであり、入射光のうち所定方向の偏光光のみを選択的に透過させるとともに残りを反射させることができ、吸収によるロスがほとんどない。
【００３５】
図４は、図３に示すダイクロイックミラーＤＭの特性を説明するグラフである。グラフにおいて、横軸は波長を示し縦軸は透過率を示す。このダイクロイックミラーＤＭは、ハイパスフィルタであるが、その主面が光軸に対して４５゜傾いているため、透過率が偏波依存性を有する。つまり、Ｐ偏光の透過端に相当する第１エッジ波長λＥ１は約４９０ｎｍであり、Ｓ偏光の透過端に相当する第２エッジ波長λＥ２は例えば５３０ｎｍである。このグラフには、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂからの第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２の輝度分布が任意単位（縦軸）で重ねて表示されている。グラフからも明らかなように、照明光ＩＧ１の中心波長λＧ１は、第１エッジ波長λＥ１よりも短波長側に設定されている。また、照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、第１エッジ波長λＥ１と第２エッジ波長λＥ２との間、すなわちＰ偏光及びＳ偏光間で透過率が異なる較差発生領域に設定されている。これにより、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、偏光変換部ＰＣを経て高効率でＰ偏光に変換されるので、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。つまり、一対の近接する照明光ＩＧ１，ＩＧ２を効率良く合波することができ、Ｇ光用の液晶ライトバルブ３１を高輝度で順次照明することができる。
【００３６】
なお、第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１がダイクロイックミラーＤＭを透過するとともに、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２がダイクロイックミラーＤＭで反射されるといった構成によって、第１及び第２照明光の合波を行うこともできる。この場合、第２照明光ＩＧ２の中心波長λＧ２は、一対のエッジ波長λＥ１，λＥ２の間に設定されたままとするが、第１照明光の中心波長は、第２エッジ波長λＥ２よりも長波長側に設定される。これにより、第１光源２１ａからの第１照明光は、ダイクロイックミラーＤＭを高い割合で透過する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、配置方向を変えた偏光変換部ＰＣを経てＰ偏光ではなくＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラーＤＭでほぼ１００％反射される。この結果、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光を極めて低損失で合波することができる。
【００３７】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係るプロジェクタについて説明する。このプロジェクタも図１に示す第１実施形態とほぼ同様の構造を有するが、Ｇ光照明用にダイクロイックミラーに代えてロッドレンズを用いて第１及び第２照明光ＩＧ１，ＩＧ２を合波している。
【００３８】
図５は、本実施形態におけるＧ光照明装置２２１の構造を説明する図である。第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２２１ｆの一端に入射し、このロッドレンズ２２１ｆで反射されつつ進行して液晶ライトバルブ３１に入射する。また、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２も、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてロッドレンズ２２１ｆの一端に入射し、このロッドレンズ２２１ｆで反射されつつ進行して液晶ライトバルブ３１に入射する。この場合も、両光源２１ａ，２１ｂからの両照明光を極めて低損失で合波することができ、Ｇ光用の液晶ライトバルブ３１を高輝度で順次照明することができる。
【００３９】
〔第４実施形態〕
図６は、第４実施形態のプロジェクタ３１０の構造を概念的に説明するブロック図である。このプロジェクタ３１０は、照明装置３２０と、光変調装置３３０と、投射レンズ（不図示）と、制御装置３５０とを備える。
【００４０】
照明装置３２０は、第１から第４光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａと、これらの光源からの光を重畳して照明するフライアイ光学系３２８ａ，３２８ｂ，３２８ｄと、光源２１ａ〜２５ａの発光強度や発光タイミングを調節する光源駆動装置３２７とを有する。各光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａは、それぞれＧ１光に対応する第１照明光ＩＧ１と、Ｇ２光に対応する第２照明光ＩＧ２と、Ｂ光に対応する第３照明光ＩＢと、Ｒ光に対応する第４照明光ＩＲとを射出する。各光源２１ａ〜２５ａからの照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲは、それぞれ直接或いは凹面反射鏡２１ｄ，２１ｄ，２３ｄ，２５ｄを介してフライアイレンズ３２８ａ，３２８ｂに入射し、それぞれ所定の角度で発散しつつ重畳レンズ３２８ｄに入射する。重畳レンズ３２８ｄで集光された各照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲは、光変調装置３３０に重畳して入射する。
【００４１】
光変調装置３３０は、空間光変調装置である単一の液晶ライトバルブ３３１と、液晶ライトバルブ３３１に駆動信号を出力する素子駆動装置３３８とを有する。
【００４２】
制御装置３５０は、光源駆動装置３２７に制御信号を出力して、照明装置３２０に設けた各光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａの発光タイミング及び発光強度を調節する。具体的に説明すると、第１光源２１ａは、１フレームの表示期間を３分割したＧフレーム部分をさらに２分割した前半のサブフレームで点灯し、第２光源２１ｂは、後半のサブフレームで点灯する。また、第３及び第４光源２３ａ，２５ａは、１フレームの表示期間を３分割したＢフレーム部分及びＲフレーム部分に亘って順次点灯する。
【００４３】
また、制御装置５０は、素子駆動装置３３８に制御信号を出力して、液晶ライトバルブ３３１に各色の投射画像の輝度に対応する２次元的な偏光特性分布を形成する。具体的に説明すると、液晶ライトバルブ３１は、Ｇフレーム部分の表示期間を２分割した前半のサブフレームで色Ｇ１の投射画像の輝度に対応する表示状態をとり、後半のサブフレームで色Ｇ２の投射画像の輝度に対応する表示状態をとる。また、液晶ライトバルブ３１は、Ｂフレーム部分及びＲフレーム部分の表示期間に亘ってそれぞれ色Ｂ及び色Ｒの画像に対応する表示状態をとる。
【００４４】
図７は、第４実施形態のプロジェクタ１０の動作を説明するタイミングチャートである。図７（ａ）は色Ｇ１の輝度信号の書き込みを示し、図７（ｂ）は色Ｇ１の照明光の照射を示し、図７（ｃ）は色Ｇ２の輝度信号の書き込みを示し、図７（ｄ）は色Ｇ２の照明光の照射を示す。また、図７（ｅ）は色Ｂの輝度信号の書き込みを示し、図７（ｆ）は色Ｂの照明光の照射を示し、図７（ｇ）は色Ｒの輝度信号の書き込みを示し、図７（ｈ）は色Ｒの照明光の照射を示す。
【００４５】
図７（ａ）からも明らかなように、最初のＧフレーム部分のうちの前半サブフレームの最初に色Ｇ１について液晶ライトバルブ３３１の書き込みが行われ、その直後から第１照明光ＩＧ１による液晶ライトバルブ３３１の照明が行われる（図７（ｂ）参照）。また、図７（ｃ）に示すように、Ｇフレーム部分のうちの後半サブフレームの最初に色Ｇ２について液晶ライトバルブ３３１の書き込みが行われ、その直後から第２照明光ＩＧ２による液晶ライトバルブ３３１の照明が行われる（図７（ｄ）参照）。
なお、最後のＢフレーム部分では、最初に色Ｂに対応する液晶ライトバルブ３３１の書き込みが行われ（図７（ｅ）参照）、その直後から第３照明光ＩＢによる液晶ライトバルブ３３１の照明が行われる（図７（ｆ）参照）。同様にして、中間のＲフレーム部分では、最初に色Ｒに対応する液晶ライトバルブ３３１の書き込みが行われ（図７（ｇ）参照）、その直後から第４照明光ＩＲによる液晶ライトバルブ３３１の照明が行われる（図７（ｈ）参照）。
【００４６】
以上の動作において、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの駆動電流は、例えば定格電流の２倍程度としてあり、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂの発光輝度は、通常の２倍程度となっている。ただし、第１及び第２光源２１ａ，２１ｂ相互の発光強度比や、第３光源２３ａ等に対する強度比は、用途等に応じて適宜変更・調節することができる。
【００４７】
〔第５実施形態〕
第５実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタを変形したものであり、液晶ライトバルブの代わりにデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いている。
【００４８】
図８は、第５実施形態のプロジェクタ４１０の構造を概念的に説明するブロック図である。このプロジェクタ４１０は、照明装置４２０と、光変調装置でありティルトミラーデバイスとも呼ばれるデジタルミラーデバイス４３０と、投射レンズ４０、制御装置４５０とを備える。ここで、照明装置４２０は、Ｇ光用光源装置４２１と、Ｂ光用光源装置４２３と、Ｒ光用光源装置４２５と、光源駆動装置４２７と、クロスダイクロイックプリズム４２８ａと、ロッドレンズ４２８ｂとを有する。
【００４９】
照明装置４２０において、Ｇ光用光源装置４２１は、一対の第１及び第２光源２１ａ，２１ｂと、これら光源２１ａ，２１ｂからの照明光を集光する凹面反射鏡２１ｄと、両光源２１ａ，２１ｂからの照明光を合波する合波手段であるダイクロイックミラーＤＭとを備える。第１光源２１ａからの第１照明光ＩＧ１は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射し、このダイクロイックミラーＤＭで反射されてクロスダイクロイックプリズム４２８ａに入射する。一方、第２光源２１ｂからの第２照明光ＩＧ２は、凹面反射鏡２１ｄによって無駄なく回収されてダイクロイックミラーＤＭに入射してこれを透過し、第１照明光ＩＧ１と合波された状態でクロスダイクロイックプリズム４２８ａに入射する。
【００５０】
Ｂ光用光源装置４２３は、第３光源２３ａと、凹面反射鏡２３ｄとを備える。第３光源２３ａからの第３照明光ＩＢは、凹面反射鏡２３ｄによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム４２８ａに入射する。
【００５１】
Ｒ光用光源装置４２５は、第４光源２５ａと、凹面反射鏡２５ｄとを備える。第４光源２５ａからの第４照明光ＩＲは、凹面反射鏡２５ｄによって無駄なく回収されてクロスダイクロイックプリズム４２８ａに入射する。
【００５２】
クロスダイクロイックプリズム４２８ａでは、各光源装置４２１，４２３，４２５からの照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲが合波され、ロッドレンズ４２８ｂでは、照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲが均一化される。
【００５３】
ロッドレンズ４２８ｂから射出されたＲＧＢの合成光は、レンズ４２９ａ及びミラー５２９ｂを経てデジタルミラーデバイス４３０上に均一に投射される。この際、レンズ４２９ａの位置及び焦点距離を適宜調節することにより、デジタルミラーデバイス４３０を均一に照明することができる。
【００５４】
デジタルミラーデバイス４３０は、公知の構造を有し、２次元マトリックス状に配列されて画素を構成する多数のマイクロミラーと、これらマイクロミラーの姿勢を個別に調節するアクチュエータと、これらアクチュエータの動作を制御する制御回路とを基板上に一体的に形成したものである。このデジタルミラーデバイス４３０に適当な画像信号を入力することにより、各画素に対応するマイクロミラーからの反射光が投射レンズ４０の瞳に入射したりしなかったりするので、投射レンズ４０によってデジタルミラーデバイス４３０に入力された画像信号に対応する画像がスクリーン（不図示）上に投射される。
【００５５】
図９は、第５実施形態のプロジェクタ４１０における１フレームの動作を説明する図である。図９（ａ）はフレーム期間を示し、図９（ｂ）はＧ１階調表現信号を示し、図９（ｃ）はＧ２階調表現信号を示し、図９（ｄ）はＢ階調表現信号を示し、図９（ｅ）はＲ階調表現信号を示し、図９（ｆ）はクロック信号を示す。図９（ｂ）のＧ１階調表現信号は、Ｇ１階調表現期間ＧＫ１に対応し、この間だけ図８に示す第１光源２１ａが点灯する。また、図９（ｃ）のＧ２階調表現信号は、Ｇ２階調表現期間ＧＫ２に対応し、この間だけ図８に示す第２光源２１ｂが点灯する。さらに、図９（ｄ）のＢ階調表現信号は、Ｂ階調表現期間ＢＫに対応し、この間図８の第３光源２３ａが点灯する。また、図９（ｅ）のＲ階調表現信号は、Ｒ階調表現期間ＲＫに対応し、この間だけ図８の第４光源２５ａが点灯する。
【００５６】
図１０に示すように、Ｇ１階調表現期間ＧＫ１は、ｎビットの画像強度に対応してｎ個の単位時間（２^０，２^１，２^２，…，２^{（ｎ−１）}）に分割されている。例えばＧ１光の特定画素の画像信号が最大値であるとき、ｎ個の単位時間の全て、つまりＧ１階調表現期間ＧＫ１のほぼ全期間でデジタルミラーデバイス４３０のマイクロミラーをＯＮ状態とする。一方、Ｇ１光の特定画素の画像信号が最小値であるとき、ｎ個の単位時間の全て、つまりＧ１階調表現期間ＧＫ１のほぼ全期間で対応するマイクロミラーをＯＦＦ状態とする。これにより、Ｇ１階調表現期間ＧＫ１中、各画素における色Ｇ１の強度信号に応じてマイクロミラーをＯＮ・ＯＦＦ時間が調節される。同様に、Ｇ２階調表現期間ＧＫ２、Ｂ階調表現期間ＢＫ、及びＲ階調表現期間ＲＫもｎ個の単位時間に分割され、各画素における強度信号に応じてマイクロミラーのＯＮ・ＯＦＦ時間が調節される。
【００５７】
この際、階調表現期間ＧＫ１，ＧＫ２，ＢＫ，ＲＫの比率は、各光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａの定格の輝度や白色レベルの設定に応じて適宜調整される。
【００５８】
以上のプロジェクタ４１０によれば、各光源２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２５ａからの照明光ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲを極めて低損失で合波してデジタルミラーデバイス４３０に入射させることができるので、投射される画像の輝度を高めることができる。さらに、４原色Ｇ１，Ｇ２，Ｂ，Ｒを用いたカラー画像の投射が可能になるので、色再現範囲を簡易に拡大することができる。
【００５９】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば第１実施形態のプロジェクタ１０では、光変調装置３０を透過型の液晶ライトバルブ３１，３３，３５で構成しているが、反射型の液晶素子でこれを構成することもできる。また、液晶ライトバルブは、光書き込み型の液晶ライトバルブとすることができる。
【００６０】
また、上記実施形態では、色Ｇを色Ｇ１と色Ｇ２とに分けて４元系カラー表示を行っているが、他の色Ｒ、Ｂを２分割して４元系以上のカラー表示を行うこともできる。
【００６１】
また、上記実施形態では、プロジェクタについて説明したが、投影光学系である投射レンズ４０を備えないＬＣＤ等の表示装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの構造を示す図である。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、図１の装置の動作を説明する図である。
【図３】第２実施形態に係るプロジェクタの一部を説明する図である。
【図４】図３のダイクロイックミラーの透過特性を説明する図である。
【図５】第３実施形態に係るプロジェクタの一部を説明する図である。
【図６】第４実施形態に係るプロジェクタの構造を説明する図である。
【図７】（ａ）〜（ｈ）は、図６の装置の動作を説明する図である。
【図８】第５実施形態に係るプロジェクタの構造を説明する図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、図８の装置の動作を説明する図である。
【図１０】階調表現時間を説明する図である。
【符号の説明】
１０プロジェクタ、２０照明装置、２１Ｇ光照明装置、２１ａ第１光源、２１ｂ第２光源、２３Ｂ光照明装置、２３ａ第３光源、２５Ｒ光照明装置、２５ａ第４光源、２７光源駆動装置、３０光変調装置、３１第１液晶ライトバルブ、３３第２液晶ライトバルブ、３５第３液晶ライトバルブ、３７クロスダイクロイックプリズム、３８素子駆動装置、４０投射レンズ、５０制御装置、ＤＭダイクロイックミラー、ＩＧ１，ＩＧ２，ＩＢ，ＩＲ照明光

Claims

第１乃至第４照明光をそれぞれ発生する第１乃至第４固体光源を有する光源装置と、
前記第１乃至第４照明光をそれぞれ変調する空間光変調手段と、
前記光源装置の動作を制御することにより、前記第１及び第２照明光を前記空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させるとともに、前記第３及び第４照明光を前記第１及び第２照明光との重複を回避するように前記空間光変調手段に個別に入射させる制御装置と
を備える表示装置。
前記空間光変調手段は、前記第１及び第２照明光に対応する第１空間光変調装置と、前記第３照明光に対応する第２空間光変調装置と、前記第４照明光に対応する第３空間光変調装置とを備え、
前記制御装置は、前記第３及び第４照明光を前記第２及び第３空間光変調装置にそれぞれ入射させることと並行して、前記第１及び第２照明光を前記第１空間光変調装置の同一照明領域に時系列的に入射させることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記第１及び第２照明光は、互いにピーク波長が近似するとともに、前記第３及び第４照明光は、前記第１及び第２照明光のピーク波長から離れたピーク波長をそれぞれ有することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
前記第１及び第２照明光が入射した場合に、当該第１及び第２照明光を合波して前記空間光変調手段に入射させる合波手段と、前記第１及び第２照明光のうち一方の照明光を所定方向の直線偏光に変換して合波手段に入射させる偏光変換手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の表示装置。
前記合波手段が、光の透過及び反射を利用する光合分岐素子であり、前記一方の照明光のピーク波長は、前記所定方向の直線偏光に関する前記光合分岐素子の第１エッジ波長と、前記所定方向に対して直交方向の直線偏光に関する前記光合分岐素子の第２エッジ波長との間の較差発生領域に設定されていることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
前記空間光変調手段は、前記第１乃至第４照明光が全て入射する単一の空間光変調装置を備え、
前記制御装置は、前記第１乃至第４照明光を前記単一の空間光変調装置の同一照明領域に時分割で入射させることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
１フレーム中における前記第１及び第２照明光による総和の照明時間は、前記第３及び第４照明光による各照明時間と等しく、前記第１及び第２照明光の強度は、前記第３及び第４照明光の強度よりも相対的に大きいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記載の表示装置。
前記制御装置は、前記第１及び第２照明光を、画像の色調若しくは白色レベルに対応する所定の強度比で前記空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の表示装置。
前記制御装置は、前記第１及び第２照明光を、フレーム時間を２分割した照明時間で、かつ、前記第３及び第４照明光の強度の２倍の強度で、前記空間光変調手段にそれぞれ入射させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の表示装置。
前記制御装置は、前記第１及び第２照明光を、画像の色調若しくは白色レベルに対応する所定の時間比で前記空間光変調手段の同一照明領域に時系列的に入射させることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項記載の表示装置。
請求項１から請求項１０のいずれか一項記載の表示装置と、
前記空間光変調手段の像を投射する投影光学系と
を備えるプロジェクタ。