映像投射装置
【課題】 部品点数を削減して組立て、製造を容易化し、小型化を可能とし、かつ、充分な明るさを有する投射映像が得られるようにする。
【解決手段】 色切替素子８、偏光フィルタ７ｂ、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０からなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束が入射される液晶パネル１ａ，１ｂと、これら液晶パネル１ａ，１ｂを経た光束を合成して投射する投射レンズ１３とを備える。液晶パネル１ａ，１ｂは、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行う。
【解決手段】 色切替素子８、偏光フィルタ７ｂ、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０からなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束が入射される液晶パネル１ａ，１ｂと、これら液晶パネル１ａ，１ｂを経た光束を合成して投射する投射レンズ１３とを備える。液晶パネル１ａ，１ｂは、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行う。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどを用いた空間的変調手段により表示される映像を投射する映像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶パネルなどを用いた空間的変調手段により表示される映像を、投射レンズを介して投射する映像投射装置、いわゆる液晶プロジェクタが提案されている。
【０００３】このような映像投射装置としては、図４２に示すように、透過型の空間的変調手段である液晶パネル１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを３枚備えて構成されたものがある。この映像投射装置においては、例えばハロゲンランプなどの光源１０２を出射した光束は、インテグレータ１０３を経て偏光変換システム１０４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム１０４は、多数の偏光ビームスプリッタとこれら偏光ビームスプリッタに対応して配設されたミラー及び二分の一波長板とを有して構成されている。この偏光変換システム１０４においては、各偏光ビームスプリッタを透過する光束はこの偏光ビームスプリッタの反射面に対してＰ偏光となっており、また、偏光ビームスプリッタで反射された光束は二分の一波長板を透過することによってやはり偏光ビームスプリッタの反射面に対するＰ偏光となる。
【０００４】偏光変換システム１０４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ１０５ａを経て、第１のミラー１０６ａにより反射されて第１のダイクロイックミラー１０７ａに入射される。この第１のダイクロイックミラー１０７ａに入射した光束は、第１の原色成分が透過し、第２及び第３の原色成分が反射される。第１のダイクロイックミラー１０７ａを透過した第１の原色成分は、第２のミラー１０６ａにより反射され、第２のコンデンサレンズ１０５ｂを経て第１の液晶パネル１０１ａに入射される。この第１の液晶パネル１０１ａは、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００５】一方、第１のダイクロイックミラー１０７ａにより反射された第２及び第３の原色成分は、第２のダイクロイックミラー１０７ｂに入射される。この第２のダイクロイックミラー１０７ｂに入射した光束は、第２の原色成分が反射され、第３の原色成分が透過する。この第２のダイクロイックミラー１０７ｂにより反射された第２の原色成分は、第３のコンデンサレンズ１０５ｃを経て第２の液晶パネル１０１ｂに入射される。この第２の液晶パネル１０１ｂは、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００６】さらに、第２のダイクロイックミラー１０７ｂを透過した第３の原色成分は、第４のコンデンサレンズ１０５ｄ、第３のミラー１０６ｃ、第５のコンデンサレンズ１０５ｅ、第４のミラー１０６ｄ及び第６のコンデンサレンズ１０５ｆを順次経て、第３の液晶パネル１０１ｃに入射される。この第３の液晶パネル１０１ｃは、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００７】第１乃至第３の液晶パネル１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを透過した光束は、ダイクロイックプリズム１０９に三方向から入射されて合成され、このダイクロイックプリズム１０９から出射される。そして、このダイクロイックプリズム１０９からの出射光束は、投射レンズ１１０に入射され、図示しないスクリーンなどに投射される。ダイクロイックプリズム１０９からの出射光束は、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１１０によって、カラー映像が投射される。
【０００８】また、図４３に示すように、反射型の空間的変調手段である液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを３枚備えて構成されたものがある。この映像投射装置においては、光源１０２を出射した光束は、インテグレータ１０３を経て偏光変換システム１０４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム１０４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ１０５ａを経て、ミラー１０６により反射されて第２のコンデンサレンズ１０５ｂを経て、偏光ビームスプリッタ１１２に入射される。
【０００９】ここで、偏光ビームスプリッタ１１２に対する入射光束は、該偏光ビームスプリッタ１１２の反射面に対してＳ偏光となっており、該反射面で反射されて、第１のダイクロイックプリズム１１３ａに入射される。この第１のダイクロイックプリズム１１３ａに入射した光束は、第１の原色成分がプリズム内面で反射され、第２及び第３の原色成分が透過する。第１のダイクロイックプリズム１１３ａの内面で反射された第１の原色成分は、第１の液晶パネル１１１ａに入射される。この第１の液晶パネル１１１ａは、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１０】一方、第１のダイクロイックプリズム１１３ａを透過した第２及び第３の原色成分は、第２のダイクロイックプリズム１１３ｂに入射される。この第２のダイクロイックプリズム１１３ｂに入射した光束は、第２の原色成分がプリズム内面で反射され、第３の原色成分が透過する。第２のダイクロイックプリズム１１３ｂの内面で反射された第２の原色成分は、第２の液晶パネル１１１ｂに入射される。この第２の液晶パネル１１１ｂは、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１１】さらに、第２のダイクロイックプリズム１１３ｂを透過した第３の原色成分は、プリズム１１３ｃを経て第３の液晶パネル１１１ｃに入射される。この第３の液晶パネル１１１ｃは、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１２】第１乃至第３の液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃにより反射された光束は、各液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃへの入射光束の光路を逆に辿って合成され、第１のダイクロイックプリズム１１３ａから出射され、偏光ビームスプリッタ１１２に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ１１２に対する入射光束は、該偏光ビームスプリッタ１１２の反射面に対してＰ偏光となっており、該反射面を透過して、投射レンズ１１０に入射される。第１のダイクロイックプリズム１１３ａからの出射光束は、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１１０によって、図示しないスクリーンなどにカラー映像が投射される。
【００１３】上述のような映像投射装置は、いずれも、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色に対応する映像をそれぞれ表示するために、液晶パネルを３枚備えて構成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のような映像投射装置においては、特に透過型の液晶パネルを備えて構成されたものにおいて、光学部品点数が多く、組立て、製造が煩雑である。また、液晶パネルが透過型のものである場合には、配線等を設ける必要から、開ロ率が制限され、低開口率となる。
【００１５】反射型の液晶パネルを用いた場合には、透過型の液晶パネルを用いた場合に比較して、小型化が可能であり、また、開ロ率を高くできる。しかしながら、反射型の液晶パネルを用いた場合には、透過型の液晶パネルを用いた場合に比較して、液晶パネルと投射レンズとの間の距離が長くなり、投射レンズのバックフォーカスが長くなるため、投射レンズ及び偏光ビームスプリッタの口径を大きくしないと、充分な明るさを有する投射映像が得られない。
【００１６】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、部品点数が削減されて組立て、製造が容易化され、小型化が可能であり、かつ、充分な明るさを有する投射映像が得られるようになされた映像投射装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため、本発明に係る映像投射装置は、入射光のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する時間的色分離手段と入射光のうちの一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを分離させる空間的色分離手段とからなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束の一方が入射される第１の空間的変調手段と該光束の他方が入射される第２の空間的変調手段とからなる変調手段と、この変調手段における各空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備えている。
【００１８】そして、この映像投射装置は、第１及び第２の空間的変調手段が、時間的色分離手段の各動作状態において、入射光に対し、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】本発明に係る映像投射装置は、図１に示すように、反射型の空間的変調手段である第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂからなる変調手段を備えて構成されている。
【００２１】この映像投射装置においては、例えばハロゲンランプなどの光源２を出射した光束は、インテグレータ３を経て偏光変換システム４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム４は、多数の偏光ビームスプリッタとこれら偏光ビームスプリッタに対応して配設されたミラー及び二分の一波長板とを有して構成されている。この偏光変換システム４においては、各偏光ビームスプリッタを透過する光束はこの偏光ビームスプリッタの反射面に対してＰ偏光となっており、また、偏光ビームスプリッタで反射された光束は二分の一波長板を透過することによってやはり偏光ビームスプリッタの反射面に対するＰ偏光となる。
【００２２】偏光変換システム４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、ミラー６により反射されて第２のコンデンサレンズ５ｂを経て、原色成分選択手段に入射される。この原色成分選択手段は、第１の偏光板７ａと、時間的色分離手段となる色切替素子８及び偏光選択素子である第２の偏光板７ｂと、空間的色分離手段となる色分離素子９及び立方体状の偏光ビームスプリッタ１０とが順次配列されて構成されている。この偏光ビームスプリッタ１０は、偏光依存性のある反射面１０ａを備えている。各偏光板７ｅ，７ｂは、特定の偏光方向の光束のみを透過させるものである。
【００２３】色切替素子８は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるとともに、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更することができるものである。例えば、色切替素子８は、第１の期間において、白色の入射光のうちの第１の原色成分と、第２及び第３の原色成分との偏光状態を互いに異なる（直交する）ものとし、続く第２の期間において、入射光のうちの第２の原色成分と、第１及び第３の原色成分との偏光状態を互いに異なる（直交する）ものとする。そして、色切替素子８は、このような第１の期間及び第２の期間を順次繰り返す動作を行う。
【００２４】このような色切替素子８は、液晶セルと位相差板とを使って構成することができる。例えば、カラーリンク（Color Link）社から「カラースイッチ（Color Switch）」（商品名）として販売されているものは、このような色切替素子である。
【００２５】そして、色切替素子８の出射光束が第２の偏光板７ｂを透過することによって、この色切替素子８に対する入射光束のうちの一の原色成分が取り除かれ、他の二の原色成分のみが残る（透過する）こととなる。そして、この一の原色成分は、時間の経過とともに順次変更される。
【００２６】また、色分離素子９は、図１３に示すように、分離したい原色成分の偏光軸を入射光束の偏光軸に対して直交する方向に変換する機能をもつ。すなわち、色分離素子９は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるので、偏光ビームスプリッタ１０と併せて用いることにより、一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを互いに異なるものとさせることができる。
【００２７】このような色分離素子９は、位相差板を積層することで構成することができる。このような色分離素子については、例えば、「ＳｌＤ９９ダイジェスト（１０７２頁乃至１０７５頁）」に報告されており、また、例えば、カラーリンク（Color Link）社から「カラーセレクト（Color Select）」（商品名）として販売されているものは、このような色分離素子である。
【００２８】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となってこの反射面１０ａで反射されるものとしておく。そして、上述した色切替素子８の動作と併せると、この偏光ビームスプリッタ１０においては、第１の期間においては、第２の偏光板７ｂの作用により、第２及び第３の原色成分のみが入射され、第２の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａを透過し、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａで反射される。また、この偏光ビームスプリッタ１０においては、第２の期間においては、第２の偏光板７ｂの作用により、第１及び第３の原色成分のみが入射され、第１の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａを透過し、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａで反射される。
【００２９】そして、偏光ビームスプリッタ１０に入射した光束のうち、反射面１０ａを透過した光束は、第１の液晶パネル１ａに入射され、反射面１０ａにより反射された光束は、第２の液晶パネル１ｂに入射される。
【００３０】第１の液晶パネル１ａは、上述した第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００３１】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出される。そして、偏光ビームスプリッタ１０よりの射出光束は、投射手段に入射される。投射手段は、色合成素子１１、第３の偏光板１２及び投射レンズ１３から構成されている。
【００３２】色合成素子１１は、色分離素子９と同様に、位相差板を積層することで構成することができる。色合成素子１１は、互いに偏光軸が直交する異なる原色成分の光束を、一方向の直線偏光に変換して合成する機能を持つ。
【００３３】色合成素子１１からの射出光束は、第３の偏光板１２を経て、投射レンズ１３によって、図示しないスクリーンなどにカラー映像が投射される。なお、第３の偏光板１２は、偏光軸を、直線偏光である色合成素子１１からの射出光束を透過させるの方向として配設されている。
【００３４】偏光ビームスプリッタ１０からの出射光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００３５】また、この映像投射装置は、上述の実施の形態に示した立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に代えて、図２に示すように、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４を用いても構成することができる。この偏光ビームスプリッタ１４は、偏光依存性のある反射面１４ａを備えている。
【００３６】この映像投射装置においても、偏光ビームスプリッタ１４に光束を入射させる光学系の構成及び該光束の状態、並びに、該偏光ビームスプリッタ１４より射出された光束が入射される光学系の構成及び該光束の状態は、前述した実施の形態におけるものと同様である。なお、この図２に示す映像投射装置においては、光源２から偏光ビームスプリッタ１４に至る光路上においてミラー６を省いている。
【００３７】さらに、本発明に係る映像投射装置においては、上述したような偏光ビームスプリッタ１０，１４に限らず、偏光方向に応じて光束を分離する機能を有する光学素子であれば、いずれのものを用いても構成することができる。
【００３８】そして、上述した各実施の形態においては、色切替素子８が光源２と偏光ビームスプリッタ１０，１４との間の光路上に配設されていたが、本発明に係る映像投射装置は、図３及び図４に示すように、色切替素子８を偏光ビームスプリッタ１０，１４から射出された光束の光路上に配設してもよい。図３に示す映像投射装置は、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０を用いて構成した場合であり、図４に示す映像投射装置は、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４を用いて構成した場合である。
【００３９】この場合には、光源２からの光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ、第１の偏光板７ａ及び色分離素子９を経て、偏光ビームスプリッタ１０，１４に入射される。なお、ミラー６は省いてもよい。そして、偏光ビームスプリッタ１０，１４からの出射光束は、色合成素子１１、色切替素子８及び第２の偏光板７ｂを経て、投射レンズ１３に入射される。すなわち、色切替素子８は、色合成素子１１と投射レンズ１３との間に配設される。
【００４０】また、本発明に係る映像投射装置は、図５及び図６に示すように、上述の各実施の形態において色切替素子８の後に配置されていた第２の偏光板７ｂに代えて、偏光選択素子として、立方体状の偏光ビームスプリッタ１５、または、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１６を配置しても構成することができる。これら偏光ビームスプリッタ１５，１６は、色切替素子８の作用によって変換された偏光状態を検出する、すなわち、所定の偏光方向の光束のみを通過させるためのものである。
【００４１】図５に示す映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａを透過した光束のみが、色分離素子９及び各液晶パネル１ａ，１ｂを経て投射レンズ１３に至る。また、図６に示す映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１６の反射面１６ａにより反射された光束のみが、色分離素子９及び各液晶パネル１ａ，１ｂを経て投射レンズ１３に至る。
【００４２】さらに、本発明に係る映像投射装置は、図７R>７及び図８に示すように、反射型の色切替素子１７を用いても構成することができる。この色切替素子１７は、入射光束のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせて反射するとともに、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する機能を有する。したがって、この色切替素子１７からの反射光束を偏光板、または、偏光ビームスプリッタを透過させることにより、この色切替素子１７に対する入射光束のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すことができ、また、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更することができる。
【００４３】図７に示す映像投射装置においては、光源２から発せられた光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、第１の偏光板７ａを経て、偏光ビームスプリッタ１５に入射される。この偏光ビームスプリッタ１５に対する入射光束は、偏光変換システム４及び第１の偏光板７ａの作用により、反射面１５ａに対してＳ偏光となっており、この反射面１５ａにより反射されて偏光ビームスプリッタ１５より出射して色切替素子１７に至る。そして、この色切替素子１７の反射光束は、偏光方向を９０°変換されて偏光ビームスプリッタ１５に再入射し、反射面１５ａに対してＰ偏光となっているためにこの反射面１５ａを透過して、該偏光ビームスプリッタ１５より出射して、第２のコンデンサレンズ５ｂを経て色分離素子９に入射する。この光束は、以降は、図２、図５及び図６に示す上述した実施の形態における光学系と同様の光学系を経て、投射レンズ１３に至る。
【００４４】また、図８に示す映像投射装置においては、光源２から発せられた光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、偏光ビームスプリッタ１６に入射される。この偏光ビームスプリッタ１６に対する入射光束は、偏光変換システム４の作用により、反射面１６ａに対してＰ偏光となっており、この反射面１５ａを透過して偏光ビームスプリッタ１６より出射して色切替素子１７に至る。そして、この色切替素子１７の反射光束は、偏光方向を９０°変換されて偏光ビームスプリッタ１６に再入射し、反射面１６ａに対してＳ偏光となっているためにこの反射面１６ａにより反射され、該偏光ビームスプリッタ１６より出射して、四分の一波長（λ／４）板１８を経て反射板１９に至る。この反射板１９からの反射光束は、再び四分の一波長板１８を経て、反射面１６ａに対してＰ偏光となされて、偏光ビームスプリッタ１６に再入射し、反射面１６ａを透過して該偏光ビームスプリッタ１６から射出する。この偏光ビームスプリッタ１６からの出射光束は、第２のコンデンサレンズ５ｂを経て色分離素子９に入射する。この光束は、以降は、図２、図５及び図６に示す上述した実施の形態における光学系と同様の光学系を経て、投射レンズ１３に至る。
【００４５】そして、本発明に係る映像投射装置は、図９R>９乃至図１２に示すように、時間的色分離手段として、カラーホイール２０を用いて構成することができる。このカラーホイール２０は、入射光のうちの第１の原色成分を遮断し第２及び第３の原色成分を透過させる第１のフィルタと、入射光のうちの第２の原色成分を遮断し第１及び第３の原色成分を透過させる第２のフィルタとを有しており、これらフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させることによって、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するものである。第１及び第２のフィルタは、回転操作可能に支持された円盤状部材に取付けられている。カラーホイール２０においては、円盤状部材を回転操作されることにより、第１及び第２のフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させる。
【００４６】図９に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００４７】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となってこの反射面１０ａで反射されるものとしておく。すると、偏光ビームスプリッタ１０への入射光束のうち、第１及び第２の原色成分は、反射面１０ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分のみが、反射面１０ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。この場合においては、第１の液晶パネル１ａは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００４８】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、カラーホイール２０に入射される。
【００４９】カラーホイール２０は、第１の期間においては、第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させ、第２の期間においては、第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させる。
【００５０】カラーホイール２０を経た光束は、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。偏光ビームスプリッタ１０から出射されカラーホイール２０を経た光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００５１】また、図１０に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００５２】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＰ偏光となってこの反射面１０ａを透過するものとしておく。すると、偏光ビームスプリッタ１０への入射光束のうち、第１及び第２の原色成分は、反射面１０ａで反射されて第２の液晶パネル１ｂに向かい、第３の原色成分のみが、反射面１０ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至る。この場合においては、第２の液晶パネル１ｂは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第１の液晶パネル１ａは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００５３】この映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１０と第２の液晶パネル１ｂとの間に、カラーホイールが配設されている。したがって、反射面１０ａで反射されて第２の液晶パネル１ｂに向かった第１及び第２の原色成分は、第１の期間においては、カラーホイール２０が第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させていることにより、第２の原色成分のみが第２の液晶パネル１ｂに到達し、第２の期間においては、カラーホイール２０が第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させていることにより、第１の原色成分のみが第２の液晶パネル１ｂに到達する。
【００５４】そして、第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。偏光ビームスプリッタ１０から出射された光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００５５】図１１に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、まず、カラーホイール２０に入射される。カラーホイール２０を経た光束は、第２のコンデンサレンズ５ｂ、インテグレータ３、偏光変換システム４、第３のコンデンサレンズ５ｃ、第４のコンデンサレンズ５ｄ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４に入射される。
【００５６】ここで、カラーホイール２０は、第１の期間においては、第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させ、第２の期間においては、第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させるものとしておく。そして、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１４として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１４の反射面１４ａに対してＳ偏光となってこの反射面１４ａで反射されるものとしておく。
【００５７】すると、偏光ビームスプリッタ１４へは、第１の期間においては、第２及び第３の原色成分が入射され、第２の原色成分が反射面１４ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分が反射面１４ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。また、第２の期間においては、偏光ビームスプリッタ１４へは、第１及び第３の原色成分が入射され、第１の原色成分が反射面１４ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分が反射面１４ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。
【００５８】この場合においては、第１の液晶パネル１ａは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００５９】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１４に戻り、偏光ビームスプリッタ１４の反射面１４ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１４より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。
【００６０】偏光ビームスプリッタ１４から出射され投射レンズ１３に入射した光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００６１】そして、図１２に示す映像投射装置においては、空間変調素子として、透過型の液晶パネルを用いている。この映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１５に入射される。
【００６２】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１５として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａに対してＳ偏光となってこの反射面１５ａで反射されるものとしておく。偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａで反射された第３の原色成分の光束は、第１のリレーレンズ２１ａ、第１のミラー６ａ、第２のリレーレンズ２１ｂ、第２のミラー６ｂ及び第２のコンデンサレンズ５ｂを経て、第１の液晶パネル１ｃに入射される。一方、偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａを透過した第１及び第２の原色成分の光束は、第３のコンデンサレンズ５ｃ、色切替素子８及び第２の偏光板７ｂを経て、第２の液晶パネル１ｄに入射される。そして、第１及び第２の液晶パネル１ｃ，１ｄを透過した光束は、光束合成を行う偏光ビームスプリッタ１０に二方向から入射される。
【００６３】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。
【００６４】ここで、色切替素子８は、第１の期間においては、第２の原色成分を偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対するＳ偏光とし、第２の期間においては、第１の原色成分を偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対するＳ偏光とするものとしておく。
【００６５】すると、偏光ビームスプリッタ１０へは、第１の期間においては、第２の液晶パネル１ｄを透過した第２の原色成分が入射され、第２の期間においては、第２の液晶パネル１ｄを透過した第１の原色成分が入射される。また、この偏光ビームスプリッタ１０へは、第１及び第２の期間に亘って、第１の液晶パネル１ｃを透過した第３の原色成分が入射される。
【００６６】この場合においては、第２の液晶パネル１ｄは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させ、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させるようにしておく。そして、第１の液晶パネル１ｃは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させるようにしておく。
【００６７】偏光ビームスプリッタ１０から出射され投射レンズ１３に入射した光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００６８】上述の実施の形態中に示したカラーホイールにおける第１及び第２のフィルタは、入射光のうちの第１の原色成分を吸収し第２及び第３の原色成分を反射させるものと、入射光のうちの第２の原色成分を吸収し第１及び第３の原色成分を反射させるものであってもよい。すなわち、カラーホイールは、反射させたい原色に塗り分けられた円盤状の部材を有し、この円盤状部材を回転操作する構成のものでもよい。
【００６９】なお、上述した各実施の形態において、色分離素子９への入射光束が透過する偏光板は、色分離素子９へ偏光度のよい直線偏光光束を入射させる目的で用いている。色分離素子９に入射する光束の偏光度を向上させることにより、色分離特性を良好なものとすることができる。色分離素子９における色分離特性が良好であれば、偏光ビームスプリッタにおけるＰ偏光とＳ偏光との分離特性及び色合成素子の機能は、必ずしも良好であることを要しない。
【００７０】
【実施例】次に、本発明に係る映像投射装置における、色分離素子及び色切替素子の色の組み合わせの例について説明する。まず、図１及び図２により示した映像投射装置について説明する。
【００７１】（例１）色分離素子においてレッド（Ｒ）とシアン（Ｃ）とに分離し、色切替素子においてマゼンタ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）との切替えを行う。
【００７２】図１４に示すように、色分離素子にてレッド成分とシアン成分とに分離し、色切替素子にてマゼンタ成分とイエロー成分とに時間的に原色成分を分割する。ここで、シアン成分の偏光方向を偏光ビームスプリッタの反射面に対してのＳ偏光方向とした場合、シアン成分は該反射面により反射されて、第１の液晶パネルＬＶ１に入射し、レッド成分は該反射面を透過し、第２の液晶パネルＬＶ１に入射する。
【００７３】そして、第２の液晶パネルＬＶ２は、レッド成分の変調を受け持つ。第１の液晶パネルＬＶ１は、プルー成分及びグリーン成分の変調を受け持つ。色切替素子は、第２の液晶パネルＬＶ２と同期して色切替えを行う。つまり、色切替素子は、第２の液晶パネルＬＶ２でブルー成分の変調をしている時刻においては、マゼンタ成分、第２の液晶パネルＬＶ２でグリーン成分の変調をしている時刻においては、イエロー成分のフィルタとなっている。第１の液晶パネルＬＶ１は、どの時刻においても、レッド成分の変調を受け持つている。色切替素子において、マゼンタ（＝ブルー＋レッド）、イエロー（＝グリーン＋レッド）の色の切替えが必要な理由がここにある。
【００７４】以上のように、色分離素子と色切替素子の組み合わせで３原色を再現することが可能となる。ちなみに、色分離素子で分離したシアンの偏光方向を偏光ビームスプリッタの反射板に対してＰ偏光方向とした場合には、第１及び第２の液晶パネルＬＶ１，ＬＶ２の配置を入れかえれば良い。
【００７５】（例２）色分離素子においてブルー（Ｂ）とイエロー（Ｙ）とに分離し、色切替素子においてシアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）との色切替えを行う。
【００７６】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１においてブルー成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２においてグリーン成分及びレッド成分の変調を行う。
【００７７】（例３）色分離素子においてグリーン（Ｇ）とマゼンタ（Ｍ）とに分離し、色切替素子においてシアン（Ｃ）とイエロー（Ｙ）との色切替えを行う。
【００７８】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１においてグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２においてブルー成分及びレッド成分の変調を行う。
【００７９】（例４）そして、ここからの３例は、第１及び第２の液晶パネルＬＶ１，ＬＶ２ともに、２色の原色成分について変調を行う場合である。
【００８０】すなわち、図１５に示すように、色分離素子において、ブルー（Ｂ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ：グリーン１）と、レッド（Ｒ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）とに分離し、色切替素子において、シアンとイエローとの色切替えを行う。そして、第１の液晶パネルＬＶ１において、ブルー成分及びブルーイッシュグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、レッド成分及びレッディシュグリーン成分の変調を行う。
【００８１】（例５）また、図１６に示すように、色分離素子において、ブルー（Ｂ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）と、レッド（Ｒ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ：グリーン１）とに分離し、色切替素子において、ブルー（Ｂ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ）と、レッド（Ｒ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）との色切替えを行う。そして、第１の液晶パネルＬＶ１において、ブルー成分及びレッディシュグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、レッド成分及びブルーイッシュグリーン成分の変調を行う。
【００８２】上述のようなフィルタの設計例のどれを採用するかについては、光源の発光特性との組み合わせにおいて決定されるべきものである。光源においてレッドの演色性か悪ければ、（例１）の構成が、ブルーの演色性が悪ければ、（例２）の構成が、グリーンの演色性か悪ければ、（例３）の構成が、光源の色バランスが良い場合には、（例４）の構成が、それぞれ適している。
【００８３】（例６）色分離素子においてレッド（Ｒ）とシアン（Ｃ）とに色分離し、色切替素子においてマゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びホワイト（Ｗ）の色切替えを行う。
【００８４】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１において、レッド成分及びホワイト成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、ブルー成分、グリーン成分及びホワイト成分の変調を行う。
【００８５】（例１）との違いは、時間的色切替えが３色となっている点である。この構成のメリットは、ホワイトが加わることで、白の明るさを向上できる点と、後に述べる動画表示における「色割れの問題」を軽減できる点である。
【００８６】色の組み合わせについては、上述の（例２）乃至（例５）における色切替えにホワイトを加えることも同様に可能である。
【００８７】次に、色切替素子の設計例を示す。ここでは、上述の（例１）の場合について説明する。
【００８８】位相差板と偏光板との組み合わせにより、色フィルタを設計することができるが、図１７に、位相差板を２枚使う構成を示す。各位相差板の遅相軸を、図１７１７に示すように、以下の２値とする。
【００８９】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
これは、フォルデッド−ソルク−フィルタ（Folded Solc filter）の理論に基づいている。位相差板の材料をポリカーボネイト（Polycarbonate）とし、この材料の△ｎｄ（△ｎ：屈折率異方性、ｄ：厚さ）（以下、△ｎｄと記す）を変化させた場合の偏光板通過後の分光透過率を、図１８に示す。ここで、２枚の位相差板の位相差は等量変化させている。 波長５５０ｎｍにおけるリターデーションが、３λ／２、２．１７λ／２の透過率を示している。それぞれが、マゼンタ成分、イエロー成分のフィルタになっている。
【００９０】ところで、レッド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）３色に対しそれぞれに変調素子を配置する、いわゆる「３板構成」の映像投射装置では、３色分離フィルタの透過率の総和は１００％以下である。それに対し、時分割色切替えを用いた場合、それぞれのフィルタの特性の総和を透過率１００％以上とすることができる。
【００９１】図１７において、ブルー成分とグリーン成分の切り替わり部分で、それぞれの透過率の特性はオーバーラップしている。つまり、マゼンタ成分の透過率及びイエロー成分の透過率を足し合わせた場合のように、１００％以上になる波長域が存在する。このようなフィルタの設計にすることで、投射する映像の明るさを改善することができる。
【００９２】（設計例１）上述のマゼンタ成分、イエロー成分のリターデーション変化量は、以下の式により、２２８ｎｍとなる。
【００９３】
（５５０ｎｍ／２）・（３−２．１７）＝２２８ｎｍさて、この位相差の切替えを、液晶セルを使って実現する。例としては、「ベント配向セル」を使った場合について説明する。液晶材料の△ｎ、セルギャップｄ、切替える電圧Ｖ１、Ｖ２を適当に選ぶことにより、図１９に示すように、求めるリターデーション変化量になるように設計することができる。
【００９４】これと、ポリカーボネート延伸フィルムによる位相差板とを、図２０に示すように、第１の液晶セル、第１の位相差板、第２の液晶セル、第２の位相差板の順に組み含わせ、液晶駆動電圧Ｖ１の時のリターデーシヨンと位相差板のリターデーションを足し合わせたものが、（５５０ｎｍ／２）・３＝８２５ｎｍになるようにする。
【００９５】第１の液晶セル及び第１の位相差板の遅相軸を、以下の値とする。
【００９６】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セル及び第２の位相差板の遅相軸を、以下の値とする。
【００９７】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、第１の液晶セル及び第１の位相差板の順番と、第２の液晶セル及び第２の位相差板との順番は、入れ替えてもかまわない。液晶モードは「ＶＡ」（垂直配向モード）、「ＨＡＮ」（ハイブリツド配向）等の動作モードが使える。いずれもよく知られた動作モードである。液晶セルは２枚であるが、駆動は２枚の液晶セルを同一条件で行うので、一つの駆動回路に各液晶セルを並列で接続することにより、一つの駆動回路で各液晶セルの駆動を行うことができる。
【００９８】（設計例２）上述の（設計例１）の構成に、さらに位相差板を積層させて組合わせることにより、フィルタの特性を調整することができる。すなわち、図２１に示すように、第１乃至第４の位相差板、第１の液晶セル、第２の液晶セルを順に組合わせて積層して配置する。
【００９９】第１乃至第４の位相板の遅相軸を、順次、以下の値とする。
【０１００】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
そして、第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０１】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０２】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、位相差板のリターデーションは、マゼンタ（８２５ｎｍ）に設定している。つまり、液晶セルの電圧がＶ１の設定でリターデーションが８２５ｎｍの状態の時、マゼンタのフィルタが３層積層された構成となっている。マゼンタフィルタが１層の場合と比べ、ブルー波長領域の透過率が改善される。この構成における分光透過率を図２２に示す。
【０１０３】（設計例３）ここでは、上述の（設計例１）で設計した位相差板２枚の色フィルタを延伸フィルムの積層で作成し、これに液晶セル1枚を組み合わせて、図２３に示すように、第１及び第２の位相差板、液晶セルを順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。液晶セルがない状態で、イエローもしくは、マゼンタの特性になるように、位相差板の積層部分の設計を行い、液晶セルの電圧のスイッチングによってもう一つの色に切替える。
【０１０４】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１０５】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１０６】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０７】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、液晶セル１枚でマゼンタ及びイエローの色切替素子を実現するには、リターデーション変化量が、グリーン及びプルーにおいてλ／２の奇数倍、レッドにおいてλ／２の偶数倍になることが理想的である。各波長における△ｎｄとλ／２との比率を図２４に示す。ここでは、一般的液晶材料の△ｎの波長分散データを用いた。グラフの凡例における「*3、*5」とは、５５０ｎｍにおいて△ｎｄがλ／２（つまり、２２５ｎｍ）のそれぞれ３倍、５倍の値の場合を示している。
【０１０８】５５０ｎｍでλ／２の５倍に相当する△ｎｄの場合（１３７５ｎｍ）には、４４０ｎｍでは７倍となる。また、レッドの波長域では、λ／２の4倍近傍にあり透過率変化は少ない。そして、イエローの位相差板の積層に、液晶層を組み合わせる。この結果のマゼンタ、イエローの色切替素子の分光透過率を図２５に示す。
【０１０９】液晶モードは、（設計例１）と同様、ベンド配向、「ＶＡ」（垂直配向モード）、「ＨＡＮ」（ハイブリツド配向）等の動作モードが使える。ただし、電圧印加によって得られる実効的△ｎｄの低レベルの値は、０にする必要がある。ベンド配向、ＨＡＮ等では、実効的△ｎｄを０にするためには高い電圧を必要とする。これらの対策として、図２６に示すように、液晶配向方向と直交する方向に延伸フィルム等のスタティックな補償位相差板を配置することで補償することができる。
【０１１０】すなわち、第１及び第２の位相差板、液晶セル、補償位相板を順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１１１】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１３】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１１４】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
補償位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１５】｛（３π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
（設計例４）上述の（設計例３）において液晶セルを２層に分割することで、マゼンタ、イエロー及びホワイトの３色の切替えが可能となる。液晶セルの配向方向は、２枚のセルで同じである。液晶部セルのリターデーションかイエローのリターデーション（５９６ｎｍ）の時、ホワイト表示となる。つまり、液晶セルのリターデーションは、０、５９６ｎｍ、１３７５ｎｍの３値をとるように、２枚の液晶層のリターデーション、電圧と、補償位相差板とを設定する。
【０１１６】（設計例５）上述の（設計例１）と同様の特性であるが、この例では、２板でマゼンタ、イエロー、ホワイトの３色の切替えが可能となる。（設計例１）との違いは、位相差板と液晶セルの組み合わせで、マゼンタ−ホワイト、イエロー−ホワイトの切替えを行う。それを積層することで、マゼンタ、イエロー、ホワイトの３色の切替えが可能となる。ここでは、位相差板及び液晶セルの方位を、図２７に示すように、それぞれ配置する。
【０１１７】すなわち、第１の位相差板、第１の液晶セル及び第２の位相板を順に組合わせて積層して第１の位相差板群とし、次いで、第３の位相差板、第２の液晶セル及び第４の位相板を順に組合わせて積層して第２の位相差板群とし、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１１８】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１９】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１２０】
｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２１】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第３の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１２３】
｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第４の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２４】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
（設計例１）と同様に、マゼンタ、イエローの場合のリターデーションを設定する。以下のように組み合わせることで、イエロー、マゼンタ、ホワイトの切替えができる。図２７において、第１のリターデーション位相差板群をマゼンタ（８２５ｎｍ）、第２の位相差板群をイエロー（５９６ｎｍ）の設定にすると、液晶セルの動作は以下のようになる。
【０１２５】第１の液晶セルがオンで、第２の液晶セルがオフならば、出力はマゼンタとなる。
【０１２６】第１の液晶セルがオフで、第２の液晶セルがオンならば、出力はイエローとなる。
【０１２７】第１の液晶セルがオフで、第２の液晶セルもオフならば、出力はホワイトとなる。
【０１２８】ここで、オンとは、液晶セルのリターデーションが０の状態となるように電圧の設定をすることてあり、オフとは液晶セルのリターデーションをそれぞれの位相差板のそれと同じ状態となるように電圧を設定することである。
【０１２９】（設計例６）ここでは、図２８に示すように、強誘電液晶等を使ったインプレーンの切替えスイッチを行う液晶セルを１枚使ったマゼンタ、イエロー２色の色切替えの例を示す。
【０１３０】すなわち、第１及び第２の位相差板、液晶セルを順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１３１】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３３】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１３４】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ｎ・（π／２）（ただし、ｎは整数）
位相差板のリターデーションは、マゼンタに設定している（すなわち、波長５５０ｎｍにおいて８２５ｍｍである）。液晶セルのリターデーションは、波長５５０ｎｍにおいて１８８ｎｍに設定している。また、液晶の配向方位は、４５°と０°の切替えである。この時の分光透過率を図２９に示す。
【０１３５】（設計例７）ここでは、図３０に示すように、インプレーンの切替えスイッチを使ったマゼンタ、イエロー、ホワイト３色の切替えの設計例を示す。第１の位相差板群をマゼンタ、第２の位相差板群をイエローの設定にすると、液晶配向方向が以下の組合わせとなる。第１及び第２の液晶セルのリターデーションは、それそれ、マゼンタ（８２５ｍｍ）及びイエロー（５９６ｎｍ）に設定する。
【０１３６】すなわち、第１の位相差板及び第１の液晶セルを順に組合わせて積層して第１の位相差板群とし、第２の位相差板及び第２の液晶セルを順に組合わせて積層して第２の位相差板群とし、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１３７】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３８】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１３９】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−３π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４０】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４１】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−３π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの配向方向が−２２．５°で、第２の液晶セルの配向方向が−６７．５°ならば、出力はマゼンタとなる。
【０１４２】第１の液晶セルの配向方向が−６７．５°で、第２の液晶セルの配向方向が−２２．５°ならば、出力はイエローとなる。
【０１４３】第１の液晶セルの配向方向が−６７．５°で、第２の液晶セルの配向方向も−６７．５°ならば、出力はホワイトとなる。
【０１４４】上述の（設計例１）乃至（設計例７）において、偏光板は、ニュートラルな特性のものを用いているが、カラー偏光板を組み合わせる構成も可能である。すなわち、（設計例１）乃至（設計例７）では、マゼンタ、シアンの色切替えであるので、レッドの波長域に偏光能を持たない（すなわち、吸収を持たない）カラー偏光板を組み合わせることにより、レッドの波長域の透過率を向上させることも可能である。
【０１４５】（設計例８）この例は、図３１に示すように、反射型の色切替素子の設計例である。位相差板の△ｎｄは、イエロー（５９６ｎｍ）に設定している。液晶セルのリターデーシヨンは、５９６ｎｍと８２５ｎｍとの切替えである。ここでの分光透過率を図３２に示す。
【０１４６】液晶セル、第１及び第２の位相差板、四分の一波長（λ／４）板を順に組合わせて積層して反射板の前に配置し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１４７】液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１４８】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４９】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１５０】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
四分の一波長板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１５１】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
なお、上述した各色分離素子及び色切替素子においては、他の光学部品と光学的にマッチングをとることで、界面における反射を低減させ、光利用効率を向上させることが可能となる。
【０１５２】偏光板とも貼合わせることで、同様に光利用効率を向上することができるが、偏光板の場合には、光の吸収により、光源の出力に依存して温度上昇が起こる。
【０１５３】偏光板を独立にするか、貼合わせるかは、光学部品の耐熱性を考慮して決定するべきである。貼合わせる際の接着剤については、光学部品との光学的マッチングをとるため、紫外線硬化樹脂型の接着剤が広く用いられている。
【０１５４】次に、（例１）の場合について、さらに具体的な設計例を示す。色分離素子は、「カラーリンク（Color Link）社製「カラーセレクト（Color Select）」のレッド−シアン分離素子を用い、色切替素子は、上述の（設計例２）として示したものを用いる。光源として、高圧水銀ランプを用い、このときの色再現範囲を図３３に示す。ここで、レッド、グリーン、ブルーの色度点が色再現範囲を示しており、ホワイトの色度点は、この３色の合成時のホワイトである。光源と表示してある色度点は、光源の色度点である。この光源ではレッドの演色性が悪いが、レッドを第１の液晶パネルＬＶ１、グリーン及びブルーを第２の液晶パネルＬＶ２に配置して、レッドの光利用時間を２倍とすることで、ホワイトバランスを改善することができる。
【０１５５】次に、光学系全休の光利用効率について説明する。映像投射装置の出力光束は、以下の式により示される。
【０１５６】〔出力光束〕＝〔光源光束〕×〔光学システム効率〕×〔照明効率〕
ここで、「光学システム効率」とは、映像投射装置全体の光利用効率であり、照明効率は、ＡＬＶ・ＮＡ２の関数となる。ここで、ＡＬＶは、液晶パネルの表示部の面積である。ＮＡ（開口数）については、この液晶パネルの表示部における照明光の最大角度をθとして、ＮＡ＝sinθである。照明効率とＡＬＶ・ＮＡ２と照明効率との関係は、図３４に示すように、ＮＡを大きくとるほど、照明効率が上がるという関係にある。そして、ＮＡは、投射レンズのＦナンバできまる。すなわち、ＮＡ＝０．５／〔Ｆナンバ〕である。
【０１５７】そして、投射レンズの口径が一定である場合には、バックフォーカス長が短いほど、Ｆナンバは小さくなり、ＮＡは大きくなる。バックフォーカス長とは、投射レンズの最終面と液晶パネルまでの距離に相当する。液晶パネルを２板用いて構成する映像投射装置（「２板型」）では、液晶パネルを３板用いて構成する場合（「３板型」）に比較して、色分離合成を行う光学系が占める距離を短縮できるので、バックフォーカス長を短くすることが可能となる。
【０１５８】実用的な投射レンズとして、「２板型」では、Ｆ１．７、「３板型」の場合は、Ｆ３．１として、以下の〔表１〕に、「３板反射型」と「２板型」の効率の比較を示す。
【０１５９】
【表１】
【０１６０】ここで、液晶パネルの表示面の大きさは、０．９インチ（対角線）である。光源としては、アーク長１ｍｍの高圧水銀ランプを使った。ここで、「２板型」の「色分離合成効率」とは、上述の（設計例２）におけるフィルタ特性から求めたものである。本発明に係る映像投射装置においては、時分割の色切替えによる光利用効率の低下があるにもかかわらず、「色分離合成効率」及び「照明効率」の積である「総合効率」は、「３板型」と同等以上にできる可能性がある。
【０１６１】さらに、（例６）に示した色切り替えのように、ホワイトを加えることで、白色表示の最大輝度をさらに改善することが可能となる。
【０１６２】次に、時分割によるカラー表示の問題点であるいわゆる「色割れ」について、説明する。例として、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）の３色の「フィールドシーケンシャルカラーディスプレイ」の場合について、黒色の背景上に白いウィンドウが移動する場合を考える。この場合の「位置」と「時間」との関係は、図３５に示すように、表示物体（ウィンドウ）の動きに眼球か完全に追従したとして、各時刻での観測点を基準に相対的位置を示すことができる。人間の視覚の積分効果により、数１０ｍｓ以内の短時間内の光刺激は、ほぼ完全に積分される。その結果として、白いウィンドウの両端に、レッド及びイエロー、シアン及びブルーの色付きが生じる。
【０１６３】「２板型」の場合の色切替えパターンの例を、図３６に示す。「２板型」では、３色の色切替えと比べて、「色割れ」は軽減されるが、完全になくなるわけではない。例えば、図３６中の「色切替え１」のように、「グリーン−ブルー」という単一のパターンを繰り返す切替の場合においては、シアンのウィンドウか移動した場合に、図３７に位置−時間領域で示すように、このウィンドウの両端には、青、緑の色付きが生じ、ホワイトのウィンドウが移動した場合に、このウィンドウの両端には、マゼンタ、イエローの色付きが生じる。
【０１６４】ところが、図３６中の「色切替え２」のように、「グリーン−ブルー」という第１のパターン及び「ブルー−グリーン」という第２のパターンを繰り返す切替の場合や、「色切替え３」のように、「グリーン−ブルー−グリーン」という第１のパターン及び「ブルー−グリーン−ブルー」という第２のパターンを繰り返す切替の場合については、図３８及び図３９に位置−時間領域で示すように、複数のフィールドを積分した結果においては、エッジの「色割れ」を生じない。
【０１６５】これら「色切替え２」、「色切替え３」の「色切替え１」との違いは、１フィールド周期で色の切替えを奇数回行うこと（「色切替え２」では１回、「色切替え３」では３回）、すなわち、一定周期で繰り返される複数種類の切替えパターンにしたがって選択する原色成分の変更を行うとともに、一の切替えパターンの実行期間内における各時刻において選択される原色成分が、次の切替えパターンの実行期間内において相当する時刻において選択される原色成分と異なるということである。
【０１６６】つまり、「色切替え２」、「色切替え３」では、フィールド毎にフィールド内の同一時刻における色が切り替わるため、各フィールドにおいて「色割れ」を生じても、複数のフィールドを積分した結果では、エッジの「色割れ」を生じないのである。
【０１６７】２色とホワイトの切替えにおいても、図４０R>０に示すように、フィールド毎にフィールド内の同一時刻における色が切り替わるように出力することで、エッジの「色割れ」を生じない。図４０中、「シアン（ホワイト）」、「レッド（ホワイト）」と表示しているのは、それぞれの液晶パネルではホワイトの信号を変調しているが、実際にはシアン、レッドを合成した後にホワイトの映像になることを示している。
【０１６８】上述の（例４）に示した色切替えの場合については、同時に表示する色を補色の関係に近づけることにより、白ウィンドウを表示した場合にも「色割れ」を目立たなくすることができる。なお、補色の関係に近い色とは、図４１に示すように、ブルーと「グリーン２」、レッドと「グリーン１」などであり、これらはそれぞれ補色の関係に近い。これらの２色を同時に表示することとすることにより、「色割れ」を軽減することができる。
【０１６９】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る映像投射装置は、時間的色分離手段及び空間的色分離手段からなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束が入射される変調手段と、この変調手段の第１及び第２の空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備えている。そして、この映像投射装置においては、第１及び第２の空間的変調手段が、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行う。
【０１７０】本発明に係る映像投射装置においては、空間的変調手段が２枚であり、空間的変調手段を３枚用いるいわゆる「３板式」の映像投射装置に比較して、構造を簡素化でき、小型化が可能である。
【０１７１】また、この映像投射装置においては、「３板式」と同等以上の投射映像の明るさを確保することができるとともに、光源の発色特性に応じて色バランスの調整を行うことができる。
【０１７２】さらに、この映像投射装置においては、時分割で各原色表示を行ういわゆる「フィールドシーケンシャルカラー表示」の問題点であった「エッジカラー（色割れ）」の問題を低減することができる。
【０１７３】すなわち、本発明は、部品点数が削減されて組立て、製造が容易化され、小型化が可能であり、かつ、充分な明るさを有する投射映像が得られるようになされた映像投射装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る映像投射装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る映像投射装置を六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図３】本発明に係る映像投射装置を色切替素子を偏光ビームスプリッタの後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図４】本発明に係る映像投射装置を色切替素子を六角柱状の偏光ビームスプリッタの後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図５】本発明に係る映像投射装置を偏光フィルタに代えて偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図６】本発明に係る映像投射装置を偏光フィルタに代えて六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図７】本発明に係る映像投射装置を反射型の色切替素子を用いて構成したものを示す側面図である。
【図８】本発明に係る映像投射装置を反射型の色切替素子及び六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図９】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを用いて構成したものを示す側面図である。
【図１０】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを偏光ビームスプリッタと液晶パネルとの間に配置して構成したものを示す側面図である。
【図１１】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを光源の直後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図１２】本発明に係る映像投射装置を透過型の液晶パネルを用いて構成したものを示す側面図である。
【図１３】上記映像投射装置における色分離素子及び色合成素子の機能を示す斜視図である。
【図１４】上記映像投射装置における色切替素子の動作を示すグラフである。
【図１５】上記映像投射装置における色切替素子の動作の他の例を示すグラフである。
【図１６】上記映像投射装置における色切替素子の動作のさらに他の例を示すグラフである。
【図１７】色切替素子の設計例の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図１９】色切替素子の設計例１における液晶セルの特性を示すグラフである。
【図２０】色切替素子の設計例１の構成を示す斜視図である。
【図２１】色切替素子の設計例２の構成を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図２３】色切替素子の設計例３の構成を示す斜視図である。
【図２４】上記設計例３において各波長における△ｎｄとλ／２との比率を示すグラフである。
【図２５】図２３に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図２６】上記設計例３に補償位相板を加えた構成を示す斜視図である。
【図２７】色切替素子の設計例５の構成を示す斜視図である。
【図２８】色切替素子の設計例６の構成を示す斜視図である。
【図２９】図２８に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図３０】色切替素子の設計例７の構成を示す斜視図である。
【図３１】色切替素子の設計例８の構成を示す斜視図である。
【図３２】図３１に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図３３】上記映像投射装置における色再現範囲を示す色度図である。
【図３４】上記映像投射装置における照明効率を示すグラフである。
【図３５】３色のフィールドシーケンシャルカラー表示におけるエッジカラー（色割れ）の発生原因を示すグラフである。
【図３６】色切替素子における原色の切替パターンを示すグラフである。
【図３７】２色のフィールドシーケンシャルカラー表示におけるエッジカラー（色割れ）の発生を示すグラフである。
【図３８】本発明に係る映像投射装置において図３６中の「色切替２」の採用によりエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図３９】本発明に係る映像投射装置において図３６中の「色切替３」の採用によりエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図４０】本発明に係る映像投射装置において、２色とホワイトの切替えを行った場合においてエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図４１】本発明に係る映像投射装置の色切替えにおいて、同時に表示される補色の関係に近い色を示す色度図である。
【図４２】透過型液晶パネルを３枚用いる従来の映像投射装置の構成を示す側面図である。
【図４３】反射型液晶パネルを３枚用いる従来の映像投射装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ａ 第１の液晶パネル、１ｂ 第２の液晶パネル、２ 光源、７ａ 第１の偏光フィルタ、７ｂ 第２の偏光フィルタ、８ 色切替素子、９ 色分離素子、１０，１４ 偏光ビームスプリッタ、１１ 色合成素子、１３ 投射レンズ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルなどを用いた空間的変調手段により表示される映像を投射する映像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶パネルなどを用いた空間的変調手段により表示される映像を、投射レンズを介して投射する映像投射装置、いわゆる液晶プロジェクタが提案されている。
【０００３】このような映像投射装置としては、図４２に示すように、透過型の空間的変調手段である液晶パネル１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを３枚備えて構成されたものがある。この映像投射装置においては、例えばハロゲンランプなどの光源１０２を出射した光束は、インテグレータ１０３を経て偏光変換システム１０４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム１０４は、多数の偏光ビームスプリッタとこれら偏光ビームスプリッタに対応して配設されたミラー及び二分の一波長板とを有して構成されている。この偏光変換システム１０４においては、各偏光ビームスプリッタを透過する光束はこの偏光ビームスプリッタの反射面に対してＰ偏光となっており、また、偏光ビームスプリッタで反射された光束は二分の一波長板を透過することによってやはり偏光ビームスプリッタの反射面に対するＰ偏光となる。
【０００４】偏光変換システム１０４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ１０５ａを経て、第１のミラー１０６ａにより反射されて第１のダイクロイックミラー１０７ａに入射される。この第１のダイクロイックミラー１０７ａに入射した光束は、第１の原色成分が透過し、第２及び第３の原色成分が反射される。第１のダイクロイックミラー１０７ａを透過した第１の原色成分は、第２のミラー１０６ａにより反射され、第２のコンデンサレンズ１０５ｂを経て第１の液晶パネル１０１ａに入射される。この第１の液晶パネル１０１ａは、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００５】一方、第１のダイクロイックミラー１０７ａにより反射された第２及び第３の原色成分は、第２のダイクロイックミラー１０７ｂに入射される。この第２のダイクロイックミラー１０７ｂに入射した光束は、第２の原色成分が反射され、第３の原色成分が透過する。この第２のダイクロイックミラー１０７ｂにより反射された第２の原色成分は、第３のコンデンサレンズ１０５ｃを経て第２の液晶パネル１０１ｂに入射される。この第２の液晶パネル１０１ｂは、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００６】さらに、第２のダイクロイックミラー１０７ｂを透過した第３の原色成分は、第４のコンデンサレンズ１０５ｄ、第３のミラー１０６ｃ、第５のコンデンサレンズ１０５ｅ、第４のミラー１０６ｄ及び第６のコンデンサレンズ１０５ｆを順次経て、第３の液晶パネル１０１ｃに入射される。この第３の液晶パネル１０１ｃは、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて透過光を変調する。
【０００７】第１乃至第３の液晶パネル１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを透過した光束は、ダイクロイックプリズム１０９に三方向から入射されて合成され、このダイクロイックプリズム１０９から出射される。そして、このダイクロイックプリズム１０９からの出射光束は、投射レンズ１１０に入射され、図示しないスクリーンなどに投射される。ダイクロイックプリズム１０９からの出射光束は、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１１０によって、カラー映像が投射される。
【０００８】また、図４３に示すように、反射型の空間的変調手段である液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを３枚備えて構成されたものがある。この映像投射装置においては、光源１０２を出射した光束は、インテグレータ１０３を経て偏光変換システム１０４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム１０４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ１０５ａを経て、ミラー１０６により反射されて第２のコンデンサレンズ１０５ｂを経て、偏光ビームスプリッタ１１２に入射される。
【０００９】ここで、偏光ビームスプリッタ１１２に対する入射光束は、該偏光ビームスプリッタ１１２の反射面に対してＳ偏光となっており、該反射面で反射されて、第１のダイクロイックプリズム１１３ａに入射される。この第１のダイクロイックプリズム１１３ａに入射した光束は、第１の原色成分がプリズム内面で反射され、第２及び第３の原色成分が透過する。第１のダイクロイックプリズム１１３ａの内面で反射された第１の原色成分は、第１の液晶パネル１１１ａに入射される。この第１の液晶パネル１１１ａは、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１０】一方、第１のダイクロイックプリズム１１３ａを透過した第２及び第３の原色成分は、第２のダイクロイックプリズム１１３ｂに入射される。この第２のダイクロイックプリズム１１３ｂに入射した光束は、第２の原色成分がプリズム内面で反射され、第３の原色成分が透過する。第２のダイクロイックプリズム１１３ｂの内面で反射された第２の原色成分は、第２の液晶パネル１１１ｂに入射される。この第２の液晶パネル１１１ｂは、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１１】さらに、第２のダイクロイックプリズム１１３ｂを透過した第３の原色成分は、プリズム１１３ｃを経て第３の液晶パネル１１１ｃに入射される。この第３の液晶パネル１１１ｃは、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００１２】第１乃至第３の液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃにより反射された光束は、各液晶パネル１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃへの入射光束の光路を逆に辿って合成され、第１のダイクロイックプリズム１１３ａから出射され、偏光ビームスプリッタ１１２に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ１１２に対する入射光束は、該偏光ビームスプリッタ１１２の反射面に対してＰ偏光となっており、該反射面を透過して、投射レンズ１１０に入射される。第１のダイクロイックプリズム１１３ａからの出射光束は、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１１０によって、図示しないスクリーンなどにカラー映像が投射される。
【００１３】上述のような映像投射装置は、いずれも、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の三原色に対応する映像をそれぞれ表示するために、液晶パネルを３枚備えて構成されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のような映像投射装置においては、特に透過型の液晶パネルを備えて構成されたものにおいて、光学部品点数が多く、組立て、製造が煩雑である。また、液晶パネルが透過型のものである場合には、配線等を設ける必要から、開ロ率が制限され、低開口率となる。
【００１５】反射型の液晶パネルを用いた場合には、透過型の液晶パネルを用いた場合に比較して、小型化が可能であり、また、開ロ率を高くできる。しかしながら、反射型の液晶パネルを用いた場合には、透過型の液晶パネルを用いた場合に比較して、液晶パネルと投射レンズとの間の距離が長くなり、投射レンズのバックフォーカスが長くなるため、投射レンズ及び偏光ビームスプリッタの口径を大きくしないと、充分な明るさを有する投射映像が得られない。
【００１６】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、部品点数が削減されて組立て、製造が容易化され、小型化が可能であり、かつ、充分な明るさを有する投射映像が得られるようになされた映像投射装置を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため、本発明に係る映像投射装置は、入射光のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する時間的色分離手段と入射光のうちの一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを分離させる空間的色分離手段とからなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束の一方が入射される第１の空間的変調手段と該光束の他方が入射される第２の空間的変調手段とからなる変調手段と、この変調手段における各空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備えている。
【００１８】そして、この映像投射装置は、第１及び第２の空間的変調手段が、時間的色分離手段の各動作状態において、入射光に対し、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】本発明に係る映像投射装置は、図１に示すように、反射型の空間的変調手段である第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂからなる変調手段を備えて構成されている。
【００２１】この映像投射装置においては、例えばハロゲンランプなどの光源２を出射した光束は、インテグレータ３を経て偏光変換システム４に入射され、一方向の直線偏光状態の光束となされる。偏光変換システム４は、多数の偏光ビームスプリッタとこれら偏光ビームスプリッタに対応して配設されたミラー及び二分の一波長板とを有して構成されている。この偏光変換システム４においては、各偏光ビームスプリッタを透過する光束はこの偏光ビームスプリッタの反射面に対してＰ偏光となっており、また、偏光ビームスプリッタで反射された光束は二分の一波長板を透過することによってやはり偏光ビームスプリッタの反射面に対するＰ偏光となる。
【００２２】偏光変換システム４を経た光束は、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、ミラー６により反射されて第２のコンデンサレンズ５ｂを経て、原色成分選択手段に入射される。この原色成分選択手段は、第１の偏光板７ａと、時間的色分離手段となる色切替素子８及び偏光選択素子である第２の偏光板７ｂと、空間的色分離手段となる色分離素子９及び立方体状の偏光ビームスプリッタ１０とが順次配列されて構成されている。この偏光ビームスプリッタ１０は、偏光依存性のある反射面１０ａを備えている。各偏光板７ｅ，７ｂは、特定の偏光方向の光束のみを透過させるものである。
【００２３】色切替素子８は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるとともに、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更することができるものである。例えば、色切替素子８は、第１の期間において、白色の入射光のうちの第１の原色成分と、第２及び第３の原色成分との偏光状態を互いに異なる（直交する）ものとし、続く第２の期間において、入射光のうちの第２の原色成分と、第１及び第３の原色成分との偏光状態を互いに異なる（直交する）ものとする。そして、色切替素子８は、このような第１の期間及び第２の期間を順次繰り返す動作を行う。
【００２４】このような色切替素子８は、液晶セルと位相差板とを使って構成することができる。例えば、カラーリンク（Color Link）社から「カラースイッチ（Color Switch）」（商品名）として販売されているものは、このような色切替素子である。
【００２５】そして、色切替素子８の出射光束が第２の偏光板７ｂを透過することによって、この色切替素子８に対する入射光束のうちの一の原色成分が取り除かれ、他の二の原色成分のみが残る（透過する）こととなる。そして、この一の原色成分は、時間の経過とともに順次変更される。
【００２６】また、色分離素子９は、図１３に示すように、分離したい原色成分の偏光軸を入射光束の偏光軸に対して直交する方向に変換する機能をもつ。すなわち、色分離素子９は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるので、偏光ビームスプリッタ１０と併せて用いることにより、一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを互いに異なるものとさせることができる。
【００２７】このような色分離素子９は、位相差板を積層することで構成することができる。このような色分離素子については、例えば、「ＳｌＤ９９ダイジェスト（１０７２頁乃至１０７５頁）」に報告されており、また、例えば、カラーリンク（Color Link）社から「カラーセレクト（Color Select）」（商品名）として販売されているものは、このような色分離素子である。
【００２８】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となってこの反射面１０ａで反射されるものとしておく。そして、上述した色切替素子８の動作と併せると、この偏光ビームスプリッタ１０においては、第１の期間においては、第２の偏光板７ｂの作用により、第２及び第３の原色成分のみが入射され、第２の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａを透過し、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａで反射される。また、この偏光ビームスプリッタ１０においては、第２の期間においては、第２の偏光板７ｂの作用により、第１及び第３の原色成分のみが入射され、第１の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａを透過し、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａで反射される。
【００２９】そして、偏光ビームスプリッタ１０に入射した光束のうち、反射面１０ａを透過した光束は、第１の液晶パネル１ａに入射され、反射面１０ａにより反射された光束は、第２の液晶パネル１ｂに入射される。
【００３０】第１の液晶パネル１ａは、上述した第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射する。
【００３１】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出される。そして、偏光ビームスプリッタ１０よりの射出光束は、投射手段に入射される。投射手段は、色合成素子１１、第３の偏光板１２及び投射レンズ１３から構成されている。
【００３２】色合成素子１１は、色分離素子９と同様に、位相差板を積層することで構成することができる。色合成素子１１は、互いに偏光軸が直交する異なる原色成分の光束を、一方向の直線偏光に変換して合成する機能を持つ。
【００３３】色合成素子１１からの射出光束は、第３の偏光板１２を経て、投射レンズ１３によって、図示しないスクリーンなどにカラー映像が投射される。なお、第３の偏光板１２は、偏光軸を、直線偏光である色合成素子１１からの射出光束を透過させるの方向として配設されている。
【００３４】偏光ビームスプリッタ１０からの出射光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００３５】また、この映像投射装置は、上述の実施の形態に示した立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に代えて、図２に示すように、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４を用いても構成することができる。この偏光ビームスプリッタ１４は、偏光依存性のある反射面１４ａを備えている。
【００３６】この映像投射装置においても、偏光ビームスプリッタ１４に光束を入射させる光学系の構成及び該光束の状態、並びに、該偏光ビームスプリッタ１４より射出された光束が入射される光学系の構成及び該光束の状態は、前述した実施の形態におけるものと同様である。なお、この図２に示す映像投射装置においては、光源２から偏光ビームスプリッタ１４に至る光路上においてミラー６を省いている。
【００３７】さらに、本発明に係る映像投射装置においては、上述したような偏光ビームスプリッタ１０，１４に限らず、偏光方向に応じて光束を分離する機能を有する光学素子であれば、いずれのものを用いても構成することができる。
【００３８】そして、上述した各実施の形態においては、色切替素子８が光源２と偏光ビームスプリッタ１０，１４との間の光路上に配設されていたが、本発明に係る映像投射装置は、図３及び図４に示すように、色切替素子８を偏光ビームスプリッタ１０，１４から射出された光束の光路上に配設してもよい。図３に示す映像投射装置は、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０を用いて構成した場合であり、図４に示す映像投射装置は、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４を用いて構成した場合である。
【００３９】この場合には、光源２からの光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ、第１の偏光板７ａ及び色分離素子９を経て、偏光ビームスプリッタ１０，１４に入射される。なお、ミラー６は省いてもよい。そして、偏光ビームスプリッタ１０，１４からの出射光束は、色合成素子１１、色切替素子８及び第２の偏光板７ｂを経て、投射レンズ１３に入射される。すなわち、色切替素子８は、色合成素子１１と投射レンズ１３との間に配設される。
【００４０】また、本発明に係る映像投射装置は、図５及び図６に示すように、上述の各実施の形態において色切替素子８の後に配置されていた第２の偏光板７ｂに代えて、偏光選択素子として、立方体状の偏光ビームスプリッタ１５、または、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１６を配置しても構成することができる。これら偏光ビームスプリッタ１５，１６は、色切替素子８の作用によって変換された偏光状態を検出する、すなわち、所定の偏光方向の光束のみを通過させるためのものである。
【００４１】図５に示す映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａを透過した光束のみが、色分離素子９及び各液晶パネル１ａ，１ｂを経て投射レンズ１３に至る。また、図６に示す映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１６の反射面１６ａにより反射された光束のみが、色分離素子９及び各液晶パネル１ａ，１ｂを経て投射レンズ１３に至る。
【００４２】さらに、本発明に係る映像投射装置は、図７R>７及び図８に示すように、反射型の色切替素子１７を用いても構成することができる。この色切替素子１７は、入射光束のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせて反射するとともに、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する機能を有する。したがって、この色切替素子１７からの反射光束を偏光板、または、偏光ビームスプリッタを透過させることにより、この色切替素子１７に対する入射光束のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すことができ、また、該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更することができる。
【００４３】図７に示す映像投射装置においては、光源２から発せられた光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、第１の偏光板７ａを経て、偏光ビームスプリッタ１５に入射される。この偏光ビームスプリッタ１５に対する入射光束は、偏光変換システム４及び第１の偏光板７ａの作用により、反射面１５ａに対してＳ偏光となっており、この反射面１５ａにより反射されて偏光ビームスプリッタ１５より出射して色切替素子１７に至る。そして、この色切替素子１７の反射光束は、偏光方向を９０°変換されて偏光ビームスプリッタ１５に再入射し、反射面１５ａに対してＰ偏光となっているためにこの反射面１５ａを透過して、該偏光ビームスプリッタ１５より出射して、第２のコンデンサレンズ５ｂを経て色分離素子９に入射する。この光束は、以降は、図２、図５及び図６に示す上述した実施の形態における光学系と同様の光学系を経て、投射レンズ１３に至る。
【００４４】また、図８に示す映像投射装置においては、光源２から発せられた光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、偏光ビームスプリッタ１６に入射される。この偏光ビームスプリッタ１６に対する入射光束は、偏光変換システム４の作用により、反射面１６ａに対してＰ偏光となっており、この反射面１５ａを透過して偏光ビームスプリッタ１６より出射して色切替素子１７に至る。そして、この色切替素子１７の反射光束は、偏光方向を９０°変換されて偏光ビームスプリッタ１６に再入射し、反射面１６ａに対してＳ偏光となっているためにこの反射面１６ａにより反射され、該偏光ビームスプリッタ１６より出射して、四分の一波長（λ／４）板１８を経て反射板１９に至る。この反射板１９からの反射光束は、再び四分の一波長板１８を経て、反射面１６ａに対してＰ偏光となされて、偏光ビームスプリッタ１６に再入射し、反射面１６ａを透過して該偏光ビームスプリッタ１６から射出する。この偏光ビームスプリッタ１６からの出射光束は、第２のコンデンサレンズ５ｂを経て色分離素子９に入射する。この光束は、以降は、図２、図５及び図６に示す上述した実施の形態における光学系と同様の光学系を経て、投射レンズ１３に至る。
【００４５】そして、本発明に係る映像投射装置は、図９R>９乃至図１２に示すように、時間的色分離手段として、カラーホイール２０を用いて構成することができる。このカラーホイール２０は、入射光のうちの第１の原色成分を遮断し第２及び第３の原色成分を透過させる第１のフィルタと、入射光のうちの第２の原色成分を遮断し第１及び第３の原色成分を透過させる第２のフィルタとを有しており、これらフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させることによって、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するものである。第１及び第２のフィルタは、回転操作可能に支持された円盤状部材に取付けられている。カラーホイール２０においては、円盤状部材を回転操作されることにより、第１及び第２のフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させる。
【００４６】図９に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００４７】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＳ偏光となってこの反射面１０ａで反射されるものとしておく。すると、偏光ビームスプリッタ１０への入射光束のうち、第１及び第２の原色成分は、反射面１０ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分のみが、反射面１０ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。この場合においては、第１の液晶パネル１ａは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００４８】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、カラーホイール２０に入射される。
【００４９】カラーホイール２０は、第１の期間においては、第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させ、第２の期間においては、第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させる。
【００５０】カラーホイール２０を経た光束は、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。偏光ビームスプリッタ１０から出射されカラーホイール２０を経た光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００５１】また、図１０に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ、ミラー６、第２のコンデンサレンズ５ｂ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００５２】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１０として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対してＰ偏光となってこの反射面１０ａを透過するものとしておく。すると、偏光ビームスプリッタ１０への入射光束のうち、第１及び第２の原色成分は、反射面１０ａで反射されて第２の液晶パネル１ｂに向かい、第３の原色成分のみが、反射面１０ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至る。この場合においては、第２の液晶パネル１ｂは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第１の液晶パネル１ａは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００５３】この映像投射装置においては、偏光ビームスプリッタ１０と第２の液晶パネル１ｂとの間に、カラーホイールが配設されている。したがって、反射面１０ａで反射されて第２の液晶パネル１ｂに向かった第１及び第２の原色成分は、第１の期間においては、カラーホイール２０が第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させていることにより、第２の原色成分のみが第２の液晶パネル１ｂに到達し、第２の期間においては、カラーホイール２０が第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させていることにより、第１の原色成分のみが第２の液晶パネル１ｂに到達する。
【００５４】そして、第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１０に戻り、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。偏光ビームスプリッタ１０から出射された光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００５５】図１１に示す映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、第１のコンデンサレンズ５ａを経て、まず、カラーホイール２０に入射される。カラーホイール２０を経た光束は、第２のコンデンサレンズ５ｂ、インテグレータ３、偏光変換システム４、第３のコンデンサレンズ５ｃ、第４のコンデンサレンズ５ｄ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、六角柱状の偏光ビームスプリッタ１４に入射される。
【００５６】ここで、カラーホイール２０は、第１の期間においては、第１のフィルタを光路上に位置させて第２及び第３の原色成分を透過させ、第２の期間においては、第２のフィルタを光路上に位置させて第１及び第３の原色成分を透過させるものとしておく。そして、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１４として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１４の反射面１４ａに対してＳ偏光となってこの反射面１４ａで反射されるものとしておく。
【００５７】すると、偏光ビームスプリッタ１４へは、第１の期間においては、第２及び第３の原色成分が入射され、第２の原色成分が反射面１４ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分が反射面１４ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。また、第２の期間においては、偏光ビームスプリッタ１４へは、第１及び第３の原色成分が入射され、第１の原色成分が反射面１４ａを透過して第１の液晶パネル１ａに至り、第３の原色成分が反射面１４ａにより反射されて第２の液晶パネル１ｂに至る。
【００５８】この場合においては、第１の液晶パネル１ａは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射し、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。そして、第２の液晶パネル１ｂは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて反射するようにしておく。
【００５９】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂにより反射された光束は、各液晶パネル１ａ，１ｂへの入射光束の偏光方向に対して直交する方向の偏光方向となされて、偏光ビームスプリッタ１４に戻り、偏光ビームスプリッタ１４の反射面１４ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１４より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。
【００６０】偏光ビームスプリッタ１４から出射され投射レンズ１３に入射した光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００６１】そして、図１２に示す映像投射装置においては、空間変調素子として、透過型の液晶パネルを用いている。この映像投射装置においては、光源２を出射した光束は、インテグレータ３、偏光変換システム４、第１のコンデンサレンズ５ａ及び第１の偏光板７ａを経て、色分離素子９に入射され、さらに、立方体状の偏光ビームスプリッタ１５に入射される。
【００６２】ここで、色分離素子９及び偏光ビームスプリッタ１５として、例えば、第３の原色成分のみが偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａに対してＳ偏光となってこの反射面１５ａで反射されるものとしておく。偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａで反射された第３の原色成分の光束は、第１のリレーレンズ２１ａ、第１のミラー６ａ、第２のリレーレンズ２１ｂ、第２のミラー６ｂ及び第２のコンデンサレンズ５ｂを経て、第１の液晶パネル１ｃに入射される。一方、偏光ビームスプリッタ１５の反射面１５ａを透過した第１及び第２の原色成分の光束は、第３のコンデンサレンズ５ｃ、色切替素子８及び第２の偏光板７ｂを経て、第２の液晶パネル１ｄに入射される。そして、第１及び第２の液晶パネル１ｃ，１ｄを透過した光束は、光束合成を行う偏光ビームスプリッタ１０に二方向から入射される。
【００６３】第１及び第２の液晶パネル１ａ，１ｂを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａにおいて合成され、該偏光ビームスプリッタ１０より射出され、投射レンズ１３を有して構成されている投射手段に入射される。
【００６４】ここで、色切替素子８は、第１の期間においては、第２の原色成分を偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対するＳ偏光とし、第２の期間においては、第１の原色成分を偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに対するＳ偏光とするものとしておく。
【００６５】すると、偏光ビームスプリッタ１０へは、第１の期間においては、第２の液晶パネル１ｄを透過した第２の原色成分が入射され、第２の期間においては、第２の液晶パネル１ｄを透過した第１の原色成分が入射される。また、この偏光ビームスプリッタ１０へは、第１及び第２の期間に亘って、第１の液晶パネル１ｃを透過した第３の原色成分が入射される。
【００６６】この場合においては、第２の液晶パネル１ｄは、第１の期間においては、第２の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させ、また、第２の期間においては、第１の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させるようにしておく。そして、第１の液晶パネル１ｃは、第１及び第２の期間に亘って、第３の原色成分に対応する映像を表示し、この映像に応じて入射光を変調させて透過させるようにしておく。
【００６７】偏光ビームスプリッタ１０から出射され投射レンズ１３に入射した光束は、時間的に積分すれば、三原色成分が合成されたものであるので、投射レンズ１３によって、カラー映像が投射される。
【００６８】上述の実施の形態中に示したカラーホイールにおける第１及び第２のフィルタは、入射光のうちの第１の原色成分を吸収し第２及び第３の原色成分を反射させるものと、入射光のうちの第２の原色成分を吸収し第１及び第３の原色成分を反射させるものであってもよい。すなわち、カラーホイールは、反射させたい原色に塗り分けられた円盤状の部材を有し、この円盤状部材を回転操作する構成のものでもよい。
【００６９】なお、上述した各実施の形態において、色分離素子９への入射光束が透過する偏光板は、色分離素子９へ偏光度のよい直線偏光光束を入射させる目的で用いている。色分離素子９に入射する光束の偏光度を向上させることにより、色分離特性を良好なものとすることができる。色分離素子９における色分離特性が良好であれば、偏光ビームスプリッタにおけるＰ偏光とＳ偏光との分離特性及び色合成素子の機能は、必ずしも良好であることを要しない。
【００７０】
【実施例】次に、本発明に係る映像投射装置における、色分離素子及び色切替素子の色の組み合わせの例について説明する。まず、図１及び図２により示した映像投射装置について説明する。
【００７１】（例１）色分離素子においてレッド（Ｒ）とシアン（Ｃ）とに分離し、色切替素子においてマゼンタ（Ｍ）とイエロー（Ｙ）との切替えを行う。
【００７２】図１４に示すように、色分離素子にてレッド成分とシアン成分とに分離し、色切替素子にてマゼンタ成分とイエロー成分とに時間的に原色成分を分割する。ここで、シアン成分の偏光方向を偏光ビームスプリッタの反射面に対してのＳ偏光方向とした場合、シアン成分は該反射面により反射されて、第１の液晶パネルＬＶ１に入射し、レッド成分は該反射面を透過し、第２の液晶パネルＬＶ１に入射する。
【００７３】そして、第２の液晶パネルＬＶ２は、レッド成分の変調を受け持つ。第１の液晶パネルＬＶ１は、プルー成分及びグリーン成分の変調を受け持つ。色切替素子は、第２の液晶パネルＬＶ２と同期して色切替えを行う。つまり、色切替素子は、第２の液晶パネルＬＶ２でブルー成分の変調をしている時刻においては、マゼンタ成分、第２の液晶パネルＬＶ２でグリーン成分の変調をしている時刻においては、イエロー成分のフィルタとなっている。第１の液晶パネルＬＶ１は、どの時刻においても、レッド成分の変調を受け持つている。色切替素子において、マゼンタ（＝ブルー＋レッド）、イエロー（＝グリーン＋レッド）の色の切替えが必要な理由がここにある。
【００７４】以上のように、色分離素子と色切替素子の組み合わせで３原色を再現することが可能となる。ちなみに、色分離素子で分離したシアンの偏光方向を偏光ビームスプリッタの反射板に対してＰ偏光方向とした場合には、第１及び第２の液晶パネルＬＶ１，ＬＶ２の配置を入れかえれば良い。
【００７５】（例２）色分離素子においてブルー（Ｂ）とイエロー（Ｙ）とに分離し、色切替素子においてシアン（Ｃ）とマゼンタ（Ｍ）との色切替えを行う。
【００７６】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１においてブルー成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２においてグリーン成分及びレッド成分の変調を行う。
【００７７】（例３）色分離素子においてグリーン（Ｇ）とマゼンタ（Ｍ）とに分離し、色切替素子においてシアン（Ｃ）とイエロー（Ｙ）との色切替えを行う。
【００７８】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１においてグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２においてブルー成分及びレッド成分の変調を行う。
【００７９】（例４）そして、ここからの３例は、第１及び第２の液晶パネルＬＶ１，ＬＶ２ともに、２色の原色成分について変調を行う場合である。
【００８０】すなわち、図１５に示すように、色分離素子において、ブルー（Ｂ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ：グリーン１）と、レッド（Ｒ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）とに分離し、色切替素子において、シアンとイエローとの色切替えを行う。そして、第１の液晶パネルＬＶ１において、ブルー成分及びブルーイッシュグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、レッド成分及びレッディシュグリーン成分の変調を行う。
【００８１】（例５）また、図１６に示すように、色分離素子において、ブルー（Ｂ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）と、レッド（Ｒ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ：グリーン１）とに分離し、色切替素子において、ブルー（Ｂ）＋ブルーイッシュグリーン（ＢＧ）と、レッド（Ｒ）＋レッディシュグリーン（ＲＧ：グリーン２）との色切替えを行う。そして、第１の液晶パネルＬＶ１において、ブルー成分及びレッディシュグリーン成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、レッド成分及びブルーイッシュグリーン成分の変調を行う。
【００８２】上述のようなフィルタの設計例のどれを採用するかについては、光源の発光特性との組み合わせにおいて決定されるべきものである。光源においてレッドの演色性か悪ければ、（例１）の構成が、ブルーの演色性が悪ければ、（例２）の構成が、グリーンの演色性か悪ければ、（例３）の構成が、光源の色バランスが良い場合には、（例４）の構成が、それぞれ適している。
【００８３】（例６）色分離素子においてレッド（Ｒ）とシアン（Ｃ）とに色分離し、色切替素子においてマゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びホワイト（Ｗ）の色切替えを行う。
【００８４】この場合には、第１の液晶パネルＬＶ１において、レッド成分及びホワイト成分の変調を行い、第２の液晶パネルＬＶ２において、ブルー成分、グリーン成分及びホワイト成分の変調を行う。
【００８５】（例１）との違いは、時間的色切替えが３色となっている点である。この構成のメリットは、ホワイトが加わることで、白の明るさを向上できる点と、後に述べる動画表示における「色割れの問題」を軽減できる点である。
【００８６】色の組み合わせについては、上述の（例２）乃至（例５）における色切替えにホワイトを加えることも同様に可能である。
【００８７】次に、色切替素子の設計例を示す。ここでは、上述の（例１）の場合について説明する。
【００８８】位相差板と偏光板との組み合わせにより、色フィルタを設計することができるが、図１７に、位相差板を２枚使う構成を示す。各位相差板の遅相軸を、図１７１７に示すように、以下の２値とする。
【００８９】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
これは、フォルデッド−ソルク−フィルタ（Folded Solc filter）の理論に基づいている。位相差板の材料をポリカーボネイト（Polycarbonate）とし、この材料の△ｎｄ（△ｎ：屈折率異方性、ｄ：厚さ）（以下、△ｎｄと記す）を変化させた場合の偏光板通過後の分光透過率を、図１８に示す。ここで、２枚の位相差板の位相差は等量変化させている。 波長５５０ｎｍにおけるリターデーションが、３λ／２、２．１７λ／２の透過率を示している。それぞれが、マゼンタ成分、イエロー成分のフィルタになっている。
【００９０】ところで、レッド、グリーン、ブルー（ＲＧＢ）３色に対しそれぞれに変調素子を配置する、いわゆる「３板構成」の映像投射装置では、３色分離フィルタの透過率の総和は１００％以下である。それに対し、時分割色切替えを用いた場合、それぞれのフィルタの特性の総和を透過率１００％以上とすることができる。
【００９１】図１７において、ブルー成分とグリーン成分の切り替わり部分で、それぞれの透過率の特性はオーバーラップしている。つまり、マゼンタ成分の透過率及びイエロー成分の透過率を足し合わせた場合のように、１００％以上になる波長域が存在する。このようなフィルタの設計にすることで、投射する映像の明るさを改善することができる。
【００９２】（設計例１）上述のマゼンタ成分、イエロー成分のリターデーション変化量は、以下の式により、２２８ｎｍとなる。
【００９３】
（５５０ｎｍ／２）・（３−２．１７）＝２２８ｎｍさて、この位相差の切替えを、液晶セルを使って実現する。例としては、「ベント配向セル」を使った場合について説明する。液晶材料の△ｎ、セルギャップｄ、切替える電圧Ｖ１、Ｖ２を適当に選ぶことにより、図１９に示すように、求めるリターデーション変化量になるように設計することができる。
【００９４】これと、ポリカーボネート延伸フィルムによる位相差板とを、図２０に示すように、第１の液晶セル、第１の位相差板、第２の液晶セル、第２の位相差板の順に組み含わせ、液晶駆動電圧Ｖ１の時のリターデーシヨンと位相差板のリターデーションを足し合わせたものが、（５５０ｎｍ／２）・３＝８２５ｎｍになるようにする。
【００９５】第１の液晶セル及び第１の位相差板の遅相軸を、以下の値とする。
【００９６】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セル及び第２の位相差板の遅相軸を、以下の値とする。
【００９７】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、第１の液晶セル及び第１の位相差板の順番と、第２の液晶セル及び第２の位相差板との順番は、入れ替えてもかまわない。液晶モードは「ＶＡ」（垂直配向モード）、「ＨＡＮ」（ハイブリツド配向）等の動作モードが使える。いずれもよく知られた動作モードである。液晶セルは２枚であるが、駆動は２枚の液晶セルを同一条件で行うので、一つの駆動回路に各液晶セルを並列で接続することにより、一つの駆動回路で各液晶セルの駆動を行うことができる。
【００９８】（設計例２）上述の（設計例１）の構成に、さらに位相差板を積層させて組合わせることにより、フィルタの特性を調整することができる。すなわち、図２１に示すように、第１乃至第４の位相差板、第１の液晶セル、第２の液晶セルを順に組合わせて積層して配置する。
【００９９】第１乃至第４の位相板の遅相軸を、順次、以下の値とする。
【０１００】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
そして、第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０１】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０２】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、位相差板のリターデーションは、マゼンタ（８２５ｎｍ）に設定している。つまり、液晶セルの電圧がＶ１の設定でリターデーションが８２５ｎｍの状態の時、マゼンタのフィルタが３層積層された構成となっている。マゼンタフィルタが１層の場合と比べ、ブルー波長領域の透過率が改善される。この構成における分光透過率を図２２に示す。
【０１０３】（設計例３）ここでは、上述の（設計例１）で設計した位相差板２枚の色フィルタを延伸フィルムの積層で作成し、これに液晶セル1枚を組み合わせて、図２３に示すように、第１及び第２の位相差板、液晶セルを順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。液晶セルがない状態で、イエローもしくは、マゼンタの特性になるように、位相差板の積層部分の設計を行い、液晶セルの電圧のスイッチングによってもう一つの色に切替える。
【０１０４】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１０５】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１０６】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１０７】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ここで、液晶セル１枚でマゼンタ及びイエローの色切替素子を実現するには、リターデーション変化量が、グリーン及びプルーにおいてλ／２の奇数倍、レッドにおいてλ／２の偶数倍になることが理想的である。各波長における△ｎｄとλ／２との比率を図２４に示す。ここでは、一般的液晶材料の△ｎの波長分散データを用いた。グラフの凡例における「*3、*5」とは、５５０ｎｍにおいて△ｎｄがλ／２（つまり、２２５ｎｍ）のそれぞれ３倍、５倍の値の場合を示している。
【０１０８】５５０ｎｍでλ／２の５倍に相当する△ｎｄの場合（１３７５ｎｍ）には、４４０ｎｍでは７倍となる。また、レッドの波長域では、λ／２の4倍近傍にあり透過率変化は少ない。そして、イエローの位相差板の積層に、液晶層を組み合わせる。この結果のマゼンタ、イエローの色切替素子の分光透過率を図２５に示す。
【０１０９】液晶モードは、（設計例１）と同様、ベンド配向、「ＶＡ」（垂直配向モード）、「ＨＡＮ」（ハイブリツド配向）等の動作モードが使える。ただし、電圧印加によって得られる実効的△ｎｄの低レベルの値は、０にする必要がある。ベンド配向、ＨＡＮ等では、実効的△ｎｄを０にするためには高い電圧を必要とする。これらの対策として、図２６に示すように、液晶配向方向と直交する方向に延伸フィルム等のスタティックな補償位相差板を配置することで補償することができる。
【０１１０】すなわち、第１及び第２の位相差板、液晶セル、補償位相板を順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１１１】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１３】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１１４】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
補償位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１５】｛（３π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
（設計例４）上述の（設計例３）において液晶セルを２層に分割することで、マゼンタ、イエロー及びホワイトの３色の切替えが可能となる。液晶セルの配向方向は、２枚のセルで同じである。液晶部セルのリターデーションかイエローのリターデーション（５９６ｎｍ）の時、ホワイト表示となる。つまり、液晶セルのリターデーションは、０、５９６ｎｍ、１３７５ｎｍの３値をとるように、２枚の液晶層のリターデーション、電圧と、補償位相差板とを設定する。
【０１１６】（設計例５）上述の（設計例１）と同様の特性であるが、この例では、２板でマゼンタ、イエロー、ホワイトの３色の切替えが可能となる。（設計例１）との違いは、位相差板と液晶セルの組み合わせで、マゼンタ−ホワイト、イエロー−ホワイトの切替えを行う。それを積層することで、マゼンタ、イエロー、ホワイトの３色の切替えが可能となる。ここでは、位相差板及び液晶セルの方位を、図２７に示すように、それぞれ配置する。
【０１１７】すなわち、第１の位相差板、第１の液晶セル及び第２の位相板を順に組合わせて積層して第１の位相差板群とし、次いで、第３の位相差板、第２の液晶セル及び第４の位相板を順に組合わせて積層して第２の位相差板群とし、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１１８】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１１９】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１２０】
｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２１】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第３の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１２３】
｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第４の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１２４】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
（設計例１）と同様に、マゼンタ、イエローの場合のリターデーションを設定する。以下のように組み合わせることで、イエロー、マゼンタ、ホワイトの切替えができる。図２７において、第１のリターデーション位相差板群をマゼンタ（８２５ｎｍ）、第２の位相差板群をイエロー（５９６ｎｍ）の設定にすると、液晶セルの動作は以下のようになる。
【０１２５】第１の液晶セルがオンで、第２の液晶セルがオフならば、出力はマゼンタとなる。
【０１２６】第１の液晶セルがオフで、第２の液晶セルがオンならば、出力はイエローとなる。
【０１２７】第１の液晶セルがオフで、第２の液晶セルもオフならば、出力はホワイトとなる。
【０１２８】ここで、オンとは、液晶セルのリターデーションが０の状態となるように電圧の設定をすることてあり、オフとは液晶セルのリターデーションをそれぞれの位相差板のそれと同じ状態となるように電圧を設定することである。
【０１２９】（設計例６）ここでは、図２８に示すように、強誘電液晶等を使ったインプレーンの切替えスイッチを行う液晶セルを１枚使ったマゼンタ、イエロー２色の色切替えの例を示す。
【０１３０】すなわち、第１及び第２の位相差板、液晶セルを順に組合わせて積層し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１３１】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３２】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３３】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１３４】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
ｎ・（π／２）（ただし、ｎは整数）
位相差板のリターデーションは、マゼンタに設定している（すなわち、波長５５０ｎｍにおいて８２５ｍｍである）。液晶セルのリターデーションは、波長５５０ｎｍにおいて１８８ｎｍに設定している。また、液晶の配向方位は、４５°と０°の切替えである。この時の分光透過率を図２９に示す。
【０１３５】（設計例７）ここでは、図３０に示すように、インプレーンの切替えスイッチを使ったマゼンタ、イエロー、ホワイト３色の切替えの設計例を示す。第１の位相差板群をマゼンタ、第２の位相差板群をイエローの設定にすると、液晶配向方向が以下の組合わせとなる。第１及び第２の液晶セルのリターデーションは、それそれ、マゼンタ（８２５ｍｍ）及びイエロー（５９６ｎｍ）に設定する。
【０１３６】すなわち、第１の位相差板及び第１の液晶セルを順に組合わせて積層して第１の位相差板群とし、第２の位相差板及び第２の液晶セルを順に組合わせて積層して第２の位相差板群とし、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１３７】第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１３８】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１３９】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−３π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４０】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４１】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
｛（−３π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の液晶セルの配向方向が−２２．５°で、第２の液晶セルの配向方向が−６７．５°ならば、出力はマゼンタとなる。
【０１４２】第１の液晶セルの配向方向が−６７．５°で、第２の液晶セルの配向方向が−２２．５°ならば、出力はイエローとなる。
【０１４３】第１の液晶セルの配向方向が−６７．５°で、第２の液晶セルの配向方向も−６７．５°ならば、出力はホワイトとなる。
【０１４４】上述の（設計例１）乃至（設計例７）において、偏光板は、ニュートラルな特性のものを用いているが、カラー偏光板を組み合わせる構成も可能である。すなわち、（設計例１）乃至（設計例７）では、マゼンタ、シアンの色切替えであるので、レッドの波長域に偏光能を持たない（すなわち、吸収を持たない）カラー偏光板を組み合わせることにより、レッドの波長域の透過率を向上させることも可能である。
【０１４５】（設計例８）この例は、図３１に示すように、反射型の色切替素子の設計例である。位相差板の△ｎｄは、イエロー（５９６ｎｍ）に設定している。液晶セルのリターデーシヨンは、５９６ｎｍと８２５ｎｍとの切替えである。ここでの分光透過率を図３２に示す。
【０１４６】液晶セル、第１及び第２の位相差板、四分の一波長（λ／４）板を順に組合わせて積層して反射板の前に配置し、それぞれ遅相軸の角度設定をする。
【０１４７】液晶セルの遅相軸を、以下の値とする。
【０１４８】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第１の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１４９】｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
第２の位相板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１５０】
｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
四分の一波長板の遅相軸を、以下の値とする。
【０１５１】
｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
なお、上述した各色分離素子及び色切替素子においては、他の光学部品と光学的にマッチングをとることで、界面における反射を低減させ、光利用効率を向上させることが可能となる。
【０１５２】偏光板とも貼合わせることで、同様に光利用効率を向上することができるが、偏光板の場合には、光の吸収により、光源の出力に依存して温度上昇が起こる。
【０１５３】偏光板を独立にするか、貼合わせるかは、光学部品の耐熱性を考慮して決定するべきである。貼合わせる際の接着剤については、光学部品との光学的マッチングをとるため、紫外線硬化樹脂型の接着剤が広く用いられている。
【０１５４】次に、（例１）の場合について、さらに具体的な設計例を示す。色分離素子は、「カラーリンク（Color Link）社製「カラーセレクト（Color Select）」のレッド−シアン分離素子を用い、色切替素子は、上述の（設計例２）として示したものを用いる。光源として、高圧水銀ランプを用い、このときの色再現範囲を図３３に示す。ここで、レッド、グリーン、ブルーの色度点が色再現範囲を示しており、ホワイトの色度点は、この３色の合成時のホワイトである。光源と表示してある色度点は、光源の色度点である。この光源ではレッドの演色性が悪いが、レッドを第１の液晶パネルＬＶ１、グリーン及びブルーを第２の液晶パネルＬＶ２に配置して、レッドの光利用時間を２倍とすることで、ホワイトバランスを改善することができる。
【０１５５】次に、光学系全休の光利用効率について説明する。映像投射装置の出力光束は、以下の式により示される。
【０１５６】〔出力光束〕＝〔光源光束〕×〔光学システム効率〕×〔照明効率〕
ここで、「光学システム効率」とは、映像投射装置全体の光利用効率であり、照明効率は、ＡＬＶ・ＮＡ２の関数となる。ここで、ＡＬＶは、液晶パネルの表示部の面積である。ＮＡ（開口数）については、この液晶パネルの表示部における照明光の最大角度をθとして、ＮＡ＝sinθである。照明効率とＡＬＶ・ＮＡ２と照明効率との関係は、図３４に示すように、ＮＡを大きくとるほど、照明効率が上がるという関係にある。そして、ＮＡは、投射レンズのＦナンバできまる。すなわち、ＮＡ＝０．５／〔Ｆナンバ〕である。
【０１５７】そして、投射レンズの口径が一定である場合には、バックフォーカス長が短いほど、Ｆナンバは小さくなり、ＮＡは大きくなる。バックフォーカス長とは、投射レンズの最終面と液晶パネルまでの距離に相当する。液晶パネルを２板用いて構成する映像投射装置（「２板型」）では、液晶パネルを３板用いて構成する場合（「３板型」）に比較して、色分離合成を行う光学系が占める距離を短縮できるので、バックフォーカス長を短くすることが可能となる。
【０１５８】実用的な投射レンズとして、「２板型」では、Ｆ１．７、「３板型」の場合は、Ｆ３．１として、以下の〔表１〕に、「３板反射型」と「２板型」の効率の比較を示す。
【０１５９】
【表１】
【０１６０】ここで、液晶パネルの表示面の大きさは、０．９インチ（対角線）である。光源としては、アーク長１ｍｍの高圧水銀ランプを使った。ここで、「２板型」の「色分離合成効率」とは、上述の（設計例２）におけるフィルタ特性から求めたものである。本発明に係る映像投射装置においては、時分割の色切替えによる光利用効率の低下があるにもかかわらず、「色分離合成効率」及び「照明効率」の積である「総合効率」は、「３板型」と同等以上にできる可能性がある。
【０１６１】さらに、（例６）に示した色切り替えのように、ホワイトを加えることで、白色表示の最大輝度をさらに改善することが可能となる。
【０１６２】次に、時分割によるカラー表示の問題点であるいわゆる「色割れ」について、説明する。例として、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）の３色の「フィールドシーケンシャルカラーディスプレイ」の場合について、黒色の背景上に白いウィンドウが移動する場合を考える。この場合の「位置」と「時間」との関係は、図３５に示すように、表示物体（ウィンドウ）の動きに眼球か完全に追従したとして、各時刻での観測点を基準に相対的位置を示すことができる。人間の視覚の積分効果により、数１０ｍｓ以内の短時間内の光刺激は、ほぼ完全に積分される。その結果として、白いウィンドウの両端に、レッド及びイエロー、シアン及びブルーの色付きが生じる。
【０１６３】「２板型」の場合の色切替えパターンの例を、図３６に示す。「２板型」では、３色の色切替えと比べて、「色割れ」は軽減されるが、完全になくなるわけではない。例えば、図３６中の「色切替え１」のように、「グリーン−ブルー」という単一のパターンを繰り返す切替の場合においては、シアンのウィンドウか移動した場合に、図３７に位置−時間領域で示すように、このウィンドウの両端には、青、緑の色付きが生じ、ホワイトのウィンドウが移動した場合に、このウィンドウの両端には、マゼンタ、イエローの色付きが生じる。
【０１６４】ところが、図３６中の「色切替え２」のように、「グリーン−ブルー」という第１のパターン及び「ブルー−グリーン」という第２のパターンを繰り返す切替の場合や、「色切替え３」のように、「グリーン−ブルー−グリーン」という第１のパターン及び「ブルー−グリーン−ブルー」という第２のパターンを繰り返す切替の場合については、図３８及び図３９に位置−時間領域で示すように、複数のフィールドを積分した結果においては、エッジの「色割れ」を生じない。
【０１６５】これら「色切替え２」、「色切替え３」の「色切替え１」との違いは、１フィールド周期で色の切替えを奇数回行うこと（「色切替え２」では１回、「色切替え３」では３回）、すなわち、一定周期で繰り返される複数種類の切替えパターンにしたがって選択する原色成分の変更を行うとともに、一の切替えパターンの実行期間内における各時刻において選択される原色成分が、次の切替えパターンの実行期間内において相当する時刻において選択される原色成分と異なるということである。
【０１６６】つまり、「色切替え２」、「色切替え３」では、フィールド毎にフィールド内の同一時刻における色が切り替わるため、各フィールドにおいて「色割れ」を生じても、複数のフィールドを積分した結果では、エッジの「色割れ」を生じないのである。
【０１６７】２色とホワイトの切替えにおいても、図４０R>０に示すように、フィールド毎にフィールド内の同一時刻における色が切り替わるように出力することで、エッジの「色割れ」を生じない。図４０中、「シアン（ホワイト）」、「レッド（ホワイト）」と表示しているのは、それぞれの液晶パネルではホワイトの信号を変調しているが、実際にはシアン、レッドを合成した後にホワイトの映像になることを示している。
【０１６８】上述の（例４）に示した色切替えの場合については、同時に表示する色を補色の関係に近づけることにより、白ウィンドウを表示した場合にも「色割れ」を目立たなくすることができる。なお、補色の関係に近い色とは、図４１に示すように、ブルーと「グリーン２」、レッドと「グリーン１」などであり、これらはそれぞれ補色の関係に近い。これらの２色を同時に表示することとすることにより、「色割れ」を軽減することができる。
【０１６９】
【発明の効果】上述のように、本発明に係る映像投射装置は、時間的色分離手段及び空間的色分離手段からなる原色成分選択手段と、この原色成分選択手段において光路を分離された光束が入射される変調手段と、この変調手段の第１及び第２の空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備えている。そして、この映像投射装置においては、第１及び第２の空間的変調手段が、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行う。
【０１７０】本発明に係る映像投射装置においては、空間的変調手段が２枚であり、空間的変調手段を３枚用いるいわゆる「３板式」の映像投射装置に比較して、構造を簡素化でき、小型化が可能である。
【０１７１】また、この映像投射装置においては、「３板式」と同等以上の投射映像の明るさを確保することができるとともに、光源の発色特性に応じて色バランスの調整を行うことができる。
【０１７２】さらに、この映像投射装置においては、時分割で各原色表示を行ういわゆる「フィールドシーケンシャルカラー表示」の問題点であった「エッジカラー（色割れ）」の問題を低減することができる。
【０１７３】すなわち、本発明は、部品点数が削減されて組立て、製造が容易化され、小型化が可能であり、かつ、充分な明るさを有する投射映像が得られるようになされた映像投射装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る映像投射装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る映像投射装置を六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図３】本発明に係る映像投射装置を色切替素子を偏光ビームスプリッタの後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図４】本発明に係る映像投射装置を色切替素子を六角柱状の偏光ビームスプリッタの後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図５】本発明に係る映像投射装置を偏光フィルタに代えて偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図６】本発明に係る映像投射装置を偏光フィルタに代えて六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図７】本発明に係る映像投射装置を反射型の色切替素子を用いて構成したものを示す側面図である。
【図８】本発明に係る映像投射装置を反射型の色切替素子及び六角柱状の偏光ビームスプリッタを用いて構成したものを示す側面図である。
【図９】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを用いて構成したものを示す側面図である。
【図１０】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを偏光ビームスプリッタと液晶パネルとの間に配置して構成したものを示す側面図である。
【図１１】本発明に係る映像投射装置を色切替素子としてカラーホイールを光源の直後に配置して構成したものを示す側面図である。
【図１２】本発明に係る映像投射装置を透過型の液晶パネルを用いて構成したものを示す側面図である。
【図１３】上記映像投射装置における色分離素子及び色合成素子の機能を示す斜視図である。
【図１４】上記映像投射装置における色切替素子の動作を示すグラフである。
【図１５】上記映像投射装置における色切替素子の動作の他の例を示すグラフである。
【図１６】上記映像投射装置における色切替素子の動作のさらに他の例を示すグラフである。
【図１７】色切替素子の設計例の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図１９】色切替素子の設計例１における液晶セルの特性を示すグラフである。
【図２０】色切替素子の設計例１の構成を示す斜視図である。
【図２１】色切替素子の設計例２の構成を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図２３】色切替素子の設計例３の構成を示す斜視図である。
【図２４】上記設計例３において各波長における△ｎｄとλ／２との比率を示すグラフである。
【図２５】図２３に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図２６】上記設計例３に補償位相板を加えた構成を示す斜視図である。
【図２７】色切替素子の設計例５の構成を示す斜視図である。
【図２８】色切替素子の設計例６の構成を示す斜視図である。
【図２９】図２８に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図３０】色切替素子の設計例７の構成を示す斜視図である。
【図３１】色切替素子の設計例８の構成を示す斜視図である。
【図３２】図３１に示した偏光板の分光透過率を示すグラフである。
【図３３】上記映像投射装置における色再現範囲を示す色度図である。
【図３４】上記映像投射装置における照明効率を示すグラフである。
【図３５】３色のフィールドシーケンシャルカラー表示におけるエッジカラー（色割れ）の発生原因を示すグラフである。
【図３６】色切替素子における原色の切替パターンを示すグラフである。
【図３７】２色のフィールドシーケンシャルカラー表示におけるエッジカラー（色割れ）の発生を示すグラフである。
【図３８】本発明に係る映像投射装置において図３６中の「色切替２」の採用によりエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図３９】本発明に係る映像投射装置において図３６中の「色切替３」の採用によりエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図４０】本発明に係る映像投射装置において、２色とホワイトの切替えを行った場合においてエッジカラー（色割れ）が防止される状態を示すグラフである。
【図４１】本発明に係る映像投射装置の色切替えにおいて、同時に表示される補色の関係に近い色を示す色度図である。
【図４２】透過型液晶パネルを３枚用いる従来の映像投射装置の構成を示す側面図である。
【図４３】反射型液晶パネルを３枚用いる従来の映像投射装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ａ 第１の液晶パネル、１ｂ 第２の液晶パネル、２ 光源、７ａ 第１の偏光フィルタ、７ｂ 第２の偏光フィルタ、８ 色切替素子、９ 色分離素子、１０，１４ 偏光ビームスプリッタ、１１ 色合成素子、１３ 投射レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 入射光のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する時間的色分離手段と、入射光のうちの一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを分離させる空間的色分離手段とからなる原色成分選択手段と、上記原色成分選択手段において光路を分離された光束の一方が入射される第１の空間的変調手段と、該光束の他方が入射される第２の空間的変調手段とからなる変調手段と、上記変調手段における各空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備え、上記第１及び第２の空間的変調手段は、時間的色分離手段の各動作状態において、入射光に対し、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行うことを特徴とする映像投射装置。
【請求項２】 時間的色分離手段は、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するにあたって、この変更が完了する前に該一の原色成分の偏光状態が他の二の原色成分の偏光状態と同一となる期間を設けることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項３】 時間的色分離手段は、原色成分選択手段に入射される入射光の分光成分において相対的に出力の低い原色成分について空間的変調手段に到達する時間を他の原色成分が空間的変調手段に到達する時間よりも長くすることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項４】 原色成分選択手段に対する入射光を発する光源を備え、時間的色分離手段は、上記光源と空間的色分離手段との間の光路上に位置していることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項５】 空間的色分離手段及び時間的色分離手段は、他の光学部品と光学的に接着されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項６】 時間的色分離手段は、入射光のうちの第１の原色成分を遮断し第２及び第３の原色成分を通過させる第１のフィルタと、入射光のうちの第２の原色成分を遮断し第１及び第３の原色成分を通過させる第２のフィルタとを有し、これらフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させることによって、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するものであることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項７】 時間的色分離手段は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する色切替素子と、特定の偏光方向の光束のみを透過させる偏光選択素子とを有するものであって、所定の偏光状態の光束が入射されるものであることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項８】 色切替素子は、２枚の液晶セルを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項９】 ２枚の液晶セルの液晶配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、一方が｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
他方が｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１０】 ２枚の液晶セルは、屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄが互いに等しいことを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１１】 液晶セルは、電圧印加後の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値が、遮断する光束の波長λにおいて、略々λ／２の奇数倍となっていることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１２】 ２枚の液晶セルを並列に駆動する単一駆動回路を備えていることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１３】 色切替素子は、位相差板と、１枚以上の液晶セルとを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１４】 液晶セルの液晶配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項１３記載の映像投射装置。
【請求項１５】 液晶セルの電圧の切替えによる屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値の変化量は、切替える光束の波長λにおいて、略々λ／２の奇数倍となっていることを特徴とする請求項１３記載の映像投射装置。
【請求項１６】 時間的色分離手段は、複数の位相差板と２枚の液晶セルとを有して構成され、二原色成分と白色とを切換え、上記２枚の液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１７】 ２枚の液晶セルの電圧の切替えによる屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値変化量は、切替える光束の波長λにおいて、０、位相差板と等しい値、及び、略々λ／２の奇数倍の３値から選択される値となっていることを特徴とする請求項１６記載の映像投射装置。
【請求項１８】 色切替素子は、複数の位相差板と１枚の液晶セルとからなる位相差板群を２群有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１９】 それぞれの位相差板群は、一原色成分と白色との切替えを行い、時間的色分離手段は、上記各位相差板群が組み合わされていることによって二原色成分と白色との切替えを行うことを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２０】 それぞれの位相差板群において、各位相差板の配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、一方の位相差板群において｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
で、他方の位相差板群において｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であって、これら位相差板の間に配設された液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２１】 それぞれの位相差板群を構成する位相差板の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄと、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値とは、白色を表示するときには、略々等しく、いずれかの色を表示するときには、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値が０であることを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２２】 色切替素子は、複数の位相差板と１枚の液晶セルとを有して構成されており、上記液晶セルは、液晶ダイレクタの変化が平面内で行われるインプレーンスイッチングであることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２３】 液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、（０＋ｎ）・（π／２）（ただし、ｎは整数）
と｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
との間で切替えられることを特徴とする請求項２２記載の映像投射装置。
【請求項２４】 色切替素子は、位相差板と１枚の液晶セルからなる位相差板群を２群有して構成されており、上記液晶セルは、液晶ダイレクタの変化が平面内で行われるインプレーンスイッチングであることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２５】 それぞれの位相差板群は、一原色成分と白色との切替えを行い、時間的色分離手段は、上記各位相差板群が組み合わされていることによって二原色成分と白色との切替えを行うことを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２６】 それぞれの位相差板群を構成する位相差板の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄと、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄとは、略々等しいことを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２７】 それぞれの位相差板群において、各位相差板の配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
で、液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
と、｛（−５π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
との間で切替えられることを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２８】 色切替素子は、位相差板と１枚の液晶セルと反射板とを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２９】 時間的色分離手段は、偏光選択素子として偏光ビームスプリッタを備え、液晶セルによって切替えられる偏光状態に応じて該偏光ビームスプリッタにおいて光束を分割させることを特徴とする請求項２８記載の映像投射装置。
【請求項３０】 各空間的変調手段の少なくとも一方は、時間的色分離手段における一の原色成分の変更に同期して、当該原色成分に対応する映像に応じて入射光束に対する強度変調を行うことを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項３１】 原色成分選択手段に対する入射光となる白色光を発する光源を備え、時間的色分離手段は、上記光源からの白色光が入射され、空間的色分離手段は、上記時間的色分離手段を経た光束のうちの一の原色成分を除く他の二の原色成分が入射されて、この入射光の各一の原色成分の光路を分離させることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３２】 投射手段は、空間的色分離手段を経た光束を各空間的変調手段に導くとともにこれら空間的変調手段を経た光束を合成する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを経た光束投射する投射レンズとを備え、時間的色分離手段は、上記偏光ビームスプリッタと上記投射レンズとの間の光路上に位置していることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３３】 投射手段は、空間的色分離手段を経た光束を各空間的変調手段に導くとともにこれら空間的変調手段を経た光束を合成する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを経た光束投射する投射レンズとを備え、時間的色分離手段は、上記偏光ビームスプリッタと上記各空間的変調手段との間の光路上に位置していることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３４】 時間的色分離手段は、一定周期で繰り返される複数種類の切替えパターンにしたがって一の原色成分の変更を行うものであって、一の切替えパターンの実行期間内における各時刻において選択される原色成分は、次の切替えパターンの実行期間内において相当する時刻において選択される原色成分と異なることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項１】 入射光のうちの一の原色成分を取り除き他の二の原色成分のみを残すとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する時間的色分離手段と、入射光のうちの一の原色成分の光路と他の二の原色成分の光路とを分離させる空間的色分離手段とからなる原色成分選択手段と、上記原色成分選択手段において光路を分離された光束の一方が入射される第１の空間的変調手段と、該光束の他方が入射される第２の空間的変調手段とからなる変調手段と、上記変調手段における各空間的変調手段を経た光束を合成して投射する投射手段とを備え、上記第１及び第２の空間的変調手段は、時間的色分離手段の各動作状態において、入射光に対し、それぞれ一つの互いに異なる原色成分に対応する映像に対応する空間変調を行うことを特徴とする映像投射装置。
【請求項２】 時間的色分離手段は、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するにあたって、この変更が完了する前に該一の原色成分の偏光状態が他の二の原色成分の偏光状態と同一となる期間を設けることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項３】 時間的色分離手段は、原色成分選択手段に入射される入射光の分光成分において相対的に出力の低い原色成分について空間的変調手段に到達する時間を他の原色成分が空間的変調手段に到達する時間よりも長くすることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項４】 原色成分選択手段に対する入射光を発する光源を備え、時間的色分離手段は、上記光源と空間的色分離手段との間の光路上に位置していることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項５】 空間的色分離手段及び時間的色分離手段は、他の光学部品と光学的に接着されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項６】 時間的色分離手段は、入射光のうちの第１の原色成分を遮断し第２及び第３の原色成分を通過させる第１のフィルタと、入射光のうちの第２の原色成分を遮断し第１及び第３の原色成分を通過させる第２のフィルタとを有し、これらフィルタを時間の経過とともに順次光路上に位置させることによって、一の原色成分を時間の経過とともに順次変更するものであることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項７】 時間的色分離手段は、入射光のうちの一の原色成分の偏光状態と他の二の原色成分の偏光状態とを互いに異なるものとさせるとともに該一の原色成分を時間の経過とともに順次変更する色切替素子と、特定の偏光方向の光束のみを透過させる偏光選択素子とを有するものであって、所定の偏光状態の光束が入射されるものであることを特徴とする請求項１記載の映像投射装置。
【請求項８】 色切替素子は、２枚の液晶セルを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項９】 ２枚の液晶セルの液晶配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、一方が｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
他方が｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１０】 ２枚の液晶セルは、屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄが互いに等しいことを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１１】 液晶セルは、電圧印加後の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値が、遮断する光束の波長λにおいて、略々λ／２の奇数倍となっていることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１２】 ２枚の液晶セルを並列に駆動する単一駆動回路を備えていることを特徴とする請求項８記載の映像投射装置。
【請求項１３】 色切替素子は、位相差板と、１枚以上の液晶セルとを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１４】 液晶セルの液晶配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項１３記載の映像投射装置。
【請求項１５】 液晶セルの電圧の切替えによる屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値の変化量は、切替える光束の波長λにおいて、略々λ／２の奇数倍となっていることを特徴とする請求項１３記載の映像投射装置。
【請求項１６】 時間的色分離手段は、複数の位相差板と２枚の液晶セルとを有して構成され、二原色成分と白色とを切換え、上記２枚の液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１７】 ２枚の液晶セルの電圧の切替えによる屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値変化量は、切替える光束の波長λにおいて、０、位相差板と等しい値、及び、略々λ／２の奇数倍の３値から選択される値となっていることを特徴とする請求項１６記載の映像投射装置。
【請求項１８】 色切替素子は、複数の位相差板と１枚の液晶セルとからなる位相差板群を２群有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項１９】 それぞれの位相差板群は、一原色成分と白色との切替えを行い、時間的色分離手段は、上記各位相差板群が組み合わされていることによって二原色成分と白色との切替えを行うことを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２０】 それぞれの位相差板群において、各位相差板の配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、一方の位相差板群において｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
で、他方の位相差板群において｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であって、これら位相差板の間に配設された液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／２）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
であることを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２１】 それぞれの位相差板群を構成する位相差板の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄと、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値とは、白色を表示するときには、略々等しく、いずれかの色を表示するときには、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄの実効的な値が０であることを特徴とする請求項１８記載の映像投射装置。
【請求項２２】 色切替素子は、複数の位相差板と１枚の液晶セルとを有して構成されており、上記液晶セルは、液晶ダイレクタの変化が平面内で行われるインプレーンスイッチングであることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２３】 液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、（０＋ｎ）・（π／２）（ただし、ｎは整数）
と｛（π／４）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
との間で切替えられることを特徴とする請求項２２記載の映像投射装置。
【請求項２４】 色切替素子は、位相差板と１枚の液晶セルからなる位相差板群を２群有して構成されており、上記液晶セルは、液晶ダイレクタの変化が平面内で行われるインプレーンスイッチングであることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２５】 それぞれの位相差板群は、一原色成分と白色との切替えを行い、時間的色分離手段は、上記各位相差板群が組み合わされていることによって二原色成分と白色との切替えを行うことを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２６】 それぞれの位相差板群を構成する位相差板の屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄと、液晶セルの屈折率異方性△ｎと厚さｄとの積△ｎｄとは、略々等しいことを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２７】 それぞれの位相差板群において、各位相差板の配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
で、液晶セルの配向方位は、入射光の偏光方位を基準として、｛（−π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
と、｛（−５π／８）＋ｎ｝・（π／２）（ただし、ｎは整数）
との間で切替えられることを特徴とする請求項２４記載の映像投射装置。
【請求項２８】 色切替素子は、位相差板と１枚の液晶セルと反射板とを有して構成されていることを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項２９】 時間的色分離手段は、偏光選択素子として偏光ビームスプリッタを備え、液晶セルによって切替えられる偏光状態に応じて該偏光ビームスプリッタにおいて光束を分割させることを特徴とする請求項２８記載の映像投射装置。
【請求項３０】 各空間的変調手段の少なくとも一方は、時間的色分離手段における一の原色成分の変更に同期して、当該原色成分に対応する映像に応じて入射光束に対する強度変調を行うことを特徴とする請求項７記載の映像投射装置。
【請求項３１】 原色成分選択手段に対する入射光となる白色光を発する光源を備え、時間的色分離手段は、上記光源からの白色光が入射され、空間的色分離手段は、上記時間的色分離手段を経た光束のうちの一の原色成分を除く他の二の原色成分が入射されて、この入射光の各一の原色成分の光路を分離させることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３２】 投射手段は、空間的色分離手段を経た光束を各空間的変調手段に導くとともにこれら空間的変調手段を経た光束を合成する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを経た光束投射する投射レンズとを備え、時間的色分離手段は、上記偏光ビームスプリッタと上記投射レンズとの間の光路上に位置していることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３３】 投射手段は、空間的色分離手段を経た光束を各空間的変調手段に導くとともにこれら空間的変調手段を経た光束を合成する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを経た光束投射する投射レンズとを備え、時間的色分離手段は、上記偏光ビームスプリッタと上記各空間的変調手段との間の光路上に位置していることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【請求項３４】 時間的色分離手段は、一定周期で繰り返される複数種類の切替えパターンにしたがって一の原色成分の変更を行うものであって、一の切替えパターンの実行期間内における各時刻において選択される原色成分は、次の切替えパターンの実行期間内において相当する時刻において選択される原色成分と異なることを特徴とする請求項３０記載の映像投射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【公開番号】特開２００１−２２８４５５（Ｐ２００１−２２８４５５Ａ）
【公開日】平成１３年８月２４日（２００１．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−４６８３３（Ｐ２０００−４６８３３）
【出願日】平成１２年２月１８日（２０００．２．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年８月２４日（２００１．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年２月１８日（２０００．２．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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