特許 5772595 色合成光学素子、それを用いた投射型表示装置およびその表示制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5772595

(24)【登録日】2015年7月10日

(45)【発行日】2015年9月2日

(54)【発明の名称】色合成光学素子、それを用いた投射型表示装置およびその表示制御方法

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/00 20060101AFI20150813BHJP

   G02B 27/28 20060101ALI20150813BHJP

   G02B 5/04 20060101ALI20150813BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20150813BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20150813BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/00 D

   G02B27/28 Z

   G02B5/04 C

   G02B5/30

   G02B5/26

【請求項の数】25

【全頁数】48

(21)【出願番号】特願2011-532957(P2011-532957)

(86)(22)【出願日】2010年9月9日

(86)【国際出願番号】JP2010065469

(87)【国際公開番号】WO2011037014

(87)【国際公開日】20110331

【審査請求日】2013年8月13日

(31)【優先権主張番号】特願2009-222355(P2009-222355)

(32)【優先日】2009年9月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】今井 雅雄

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 悟郎

(72)【発明者】

【氏名】奥村 藤男

【審査官】 請園 信博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０１８０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３２５６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８９２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２１５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０２９６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２７９１５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／００ − ２１／１０

２１／１２ − ２１／１３

２１／１３４ − ２１／３０

Ｇ０２Ｂ ５／００ − ５／０８

５／１０ − ５／１３６

Ｇ０２Ｂ ５／２０ − ５／２８

Ｇ０２Ｂ ２７／００ − ２７／６４

Ｇ０２Ｆ １／２１ − １／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１乃至第３の光源と、
前記第１乃至第３の光源と一対一で対応し、対応する光源からの色光が照射される第１乃至第３の表示素子と、
出射面と、第１乃至第３の入射面と、互いの膜面が交差するように設けられ、入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１および第２の膜と、を有し、前記第２の表示素子から前記第２の入射面に入射した第１の偏光の色光と、前記第１および第３の表示素子から前記第１および第３の入射面にそれぞれ入射した前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の色光とが、前記出射面から出射される色合成光学素子と、
前記色合成光学素子から出射した光の進行方向に設けられ、前記第１乃至第３の表示素子で表示された画像を投射する投射光学系と、を有し、
前記第１の光源は、第１の色の固体光源を含み、
前記第２の光源は、前記第１の色とは異なる第２の色の固体光源を含み、
前記第３の光源は、前記第１および第２の色とは異なる第３の色の固体光源を含み、
前記第１乃至第３の光源のいずれか１つは、残りの２つの光源の一方に用いられた固体光源の色に対応する波長帯域にピーク波長を有する、少なくとも一つの特定の色の固体光源をさらに含み、
前記第１の膜は、第１の偏光の可視光のうち、特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、光の三原色である赤色、緑色、青色の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の偏光の前記特定の波長帯域の光と前記第２の偏光の前記特定の波長帯域の光が前記第１乃至第３の入射面の異なる入射面から入射して前記第１および第２の膜を介して前記出射面から出射される、投射型表示装置。

【請求項2】

少なくとも、前記第１の入射面から入射した前記第２の偏光の色光と、前記第２の入射面から入射した前記第１の偏光の色光と、前記第３の入射面から入射した前記第２の偏光の色光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項3】

前記特定の波長帯域は、緑色の波長帯域である、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項4】

前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、黄色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の赤色の光と、前記第２の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光と、前記第３の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光および前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の青色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項5】

前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、黄色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の赤色の光と、前記第２の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光および前記緑色の波長帯域以外にピーク波長を有する前記第１の偏光の光と、前記第３の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光および前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の青色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項6】

前記黄色の波長帯域は５６０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下である、請求項４または５に記載の投射型表示装置。

【請求項7】

前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、青緑色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光および前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の赤色の光と、前記第２の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光と、前記第３の入射面から入射した、前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の青色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項8】

前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、青緑色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光および前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の赤色の光と、前記第２の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光および前記緑色の波長帯域以外にピーク波長を有する前記第１の偏光の光と、前記第３の入射面から入射した、前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の青色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項9】

前記青緑色の波長帯域は４８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項７または８に記載の投射型表示装置。

【請求項10】

前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、第１および第２のカットオフ波長を含み、該第１のカットオフ波長は、黄色の波長帯域の範囲内に設定され、該第２のカットオフ波長は、青緑色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、前記黄色の波長帯域の範囲内に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の赤色の光と、前記第２の入射面から入射した、少なくとも前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の青色の光および前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光と、前記第３の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項11】

前記黄色の波長帯域は５６０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であり、前記青緑色の波長帯域は４８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項１０に記載の投射型表示装置。

【請求項12】

前記第１の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、第１および第２のカットオフ波長を含み、該第１のカットオフ波長は、黄色の波長帯域の波長に設定され、該第２のカットオフ波長は、青緑色の波長帯域の波長に設定され、
前記第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長は、前記青緑色の波長帯域の波長に設定され、
前記第１の入射面から入射した、前記青色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の青色の光と、前記第２の入射面から入射した、少なくとも前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の緑色の光および前記赤色の波長帯域にピーク波長を有する前記第１の偏光の赤色の光と、前記第３の入射面から入射した、前記緑色の波長帯域にピーク波長を有する前記第２の偏光の緑色の光とが、前記出射面から出射される、請求項１に記載の投射型表示装置。

【請求項13】

前記黄色の波長帯域は５６０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下であり、前記青緑色の波長帯域は４８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である、請求項１２に記載の投射型表示装置。

【請求項14】

直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズムをさらに有し、これら直角プリズムの接合面に、前記第１および第２の膜が形成されている、請求項１から１３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

【請求項15】

前記残りの２つの光源の一方は、他方の光源に用いられた固体光源の色に対応する波長帯域にピーク波長を有する、少なくとも一つの固体光源をさらに含む、請求項１から１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

【請求項16】

前記第１乃至第３の色は光の三原色に対応する色であり、
前記特定の色の固体光源および前記残りの２つの光源の一方に用いられた前記特定の色に対応する固体光源は、緑色の波長帯域にピーク波長を有する緑色の固体光源である、請求項１から１５のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

【請求項17】

色再現性を優先した表示を行う第１の表示モードと明るさを優先した表示を行う第２の表示モードの切り替えが可能であり、設定された表示モードに応じて前記第１乃至第３の光源の各固体光源を制御する制御手段を、さらに有し、
前記制御手段は、
前記第１の表示モードが設定された場合は、前記特定の色の固体光源を点灯しない状態で、前記第１乃至第３の光源のうちの光出力が最も小さな光源の出射光束に合わせて、残りの２つの光源の光出力を制御し、
前記第２の表示モードが設定された場合には、前記第１乃至第３の光源の各固体光源を全て点灯させ、前記特定の色の固体光源からの出射光束と前記残りの２つの光源の一方に用いられた前記特定の色に対応する固体光源からの出射光束とを足し合わせた光束に合わせて、残りの色の固体光源の光出力を制御する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

【請求項18】

前記制御手段は、
前記第１および第２の表示モードのうちから表示モードを選択するための入力手段と、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
前記入力手段にて選択された表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項19】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
光センサーと、
前記光センサーの出力値と基準値を比較し、前記出力値が前記基準値より小さい場合は、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、前記出力値が前記基準値以上である場合は、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項20】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
前記投射光学系により投射された画像における白画面または黒画面の明るさを検出するセンサーと、
前記センサーの出力値と基準値を比較し、前記出力値が前記基準値より小さい場合は、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、前記出力値が前記基準値以上である場合は、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項21】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
前記投射光学系に少なくとも含まれる投射レンズの拡大倍率を検出する検出手段と、
前記検出手段にて検出した拡大倍率の値と基準値を比較し、前記拡大倍率の値が前記基準値より小さい場合は、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、前記拡大倍率の値が前記基準値以上である場合は、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項22】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
入力映像信号から画像データのヒストグラムをとり、該ヒストグラムを基準輝度レベルよりも低い部分と、基準輝度レベルよりも高い部分に分け、該低い部分が該高い部分より多い場合に、画面が暗いと判定し、該高い部分が該低い部分より多い場合に、画面が明るいと判定する映像信号処理回路と、
前記映像信号処理回路にて前記画面が暗いと判定された場合は、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、前記映像信号処理回路にて前記画面が明るいと判定された場合には、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項23】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
入力映像信号が動画と静止画のいずれのものであるかを判定する映像信号処理回路と、
前記映像信号処理回路にて前記入力映像信号が静止画であると判定された場合は、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、前記映像信号処理回路にて前記入力映像信号が動画であると判定された場合には、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項24】

前記制御手段は、
前記第１乃至第３の光源を駆動する第１乃至第３の駆動回路と、
入力映像信号から画像データのヒストグラムを前記第１乃至第３の色のそれぞれについてとり、前記特定の色のヒストグラムの輝度レベルが他の色のヒストグラムの輝度レベルより高い場合に、前記画像データに基づく画像が、三原色のうちの特定の原色を多く含むと判定する映像信号処理回路と、
前記映像信号処理回路にて前記特定の原色を多く含むと判定された場合は、前記第１の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御し、それ以外の場合は、前記第２の表示モードに応じて前記第１乃至第３の駆動回路を制御する表示モード決定回路と、を有する、請求項１７に記載の投射型表示装置。

【請求項25】

第１の色の固体光源および前記第１の色とは異なる第２の色の固体光源からなる第１の光源からの光束を第１の表示素子に照射し、前記第２の色の別の固体光源からなる第２の光源からの光束を第２の表示素子に照射し、前記第１および第２の色とは異なる第３の色の固体光源からなる第３の光源からの光束を第３の表示素子に照射し、前記第１乃至第３の表示素子にて形成された画像を色合成光学素子を介して投射光学系により投射する投射型表示装置の表示制御方法であって、
色再現性を優先した表示を行う第１の表示モードが設定された場合は、前記第１の光源の前記第２の色の固体光源を点灯しない状態で、前記第１乃至第３の光源のうちの光出力が最も小さな光源の出射光束に合わせて、残りの２つの光源の光出力を制御し、
明るさを優先した表示を行う第２の表示モードが設定された場合には、前記第１乃至第３の光源の各固体光源を全て点灯させ、前記第２の色の固体光源からの出射光束と前記第２の色の別の固体光源からの出射光束とを足し合わせた光束に合わせて、前記第１および第３の色の固体光源の光出力を制御する、表示制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プロジェクタに代表される投射型表示装置に関し、特に、複数の色光を合成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

表示素子に表示された画像を拡大投影する投射型表示装置においては、使用用途によって求められる性能が異なっている。例えば、映画などのフルカラー映像を表示する場合には高い色再現性が求められる。一方、会議などでのプレゼンテーションに使用する場合には、明るい部屋でも視認できるように高輝度化が求められる。

【0003】

一般に、投射型表示装置においては、光源にメタルハライドランプや高圧水銀灯のような放電ランプの白色光源が用いられている。

【0004】

投射画像の色再現性を重視する場合は、光源の白色光からスペクトル幅の狭い赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）の三原色の光を取り出す。この場合、照明光学系の光利用効率が低下し、投射画像が暗くなってしまう。

【0005】

一方、高輝度化を図る場合は、三原色のスペクトル幅を広く設定して、白色光源からの光を最大限に利用する。この場合は、三原色の色純度は低下し、高い色再現性が得られなくなってしまう。

【0006】

このように、投射型表示装置においては、明るさと色再現性を両立させることが困難である。

【0007】

波長がおよそ４００ｎｍから７００ｎｍの広い帯域のスペクトルを有する白色光からカラー表示に用いる色純度が良い三原色の光を取り出す場合、波長が５８０ｎｍ前後の黄色の光は利用されない。その理由は、黄色の光を緑の光に加えると、緑色が黄緑色になり、色純度が劣化するからである。また、黄色の光を赤色に加えた場合も、赤色が橙色になるので、色純度が劣化する。このように黄色の光を利用すると、三原色の色純度は劣化し、高い色再現性を得ることができない。

【0008】

ところが、黄色の光は、赤色や青色の光に比較して人の視感度が高いことから、黄色の光を有効に利用することで明るい画像を得ることが可能である。

【0009】

そこで、色選択素子を光路中に挿入することにより、色再現性を優先したカラー画像の表示が行われる表示モードと、色選択素子を光路から外すことにより、明るさを優先したカラー画像の表示が行われる表示モードとの切替えが可能な表示装置が、特許文献１に開示されている。

【0010】

特許文献１によれば、ダイクロイックフィルターからなる黄色い光を除去する色選択素子を用いる。色選択素子を赤（または緑）の光路中に挿入した状態と、色選択素子をその光路から外した状態との切替えを行うとともに、照明光の色純度に合わせて、表示素子に表示する画像信号を制御する。これにより、色再現性を優先したカラー画像表示と、明るさを優先したカラー画像表示との切替えが可能になる。

【0011】

表示装置において、明るさと色再現性の他に留意すべき点として、ホワイトバランスがある。赤、緑、青の三原色の光が合成されて得られる白色光（Ｗ）の色は、定められた色の範囲になければならない。

【0012】

ホワイトバランスをとるために、赤、緑、青の各色の光を混色するときの光量の比率が設定される。もし、三原色のうちのどれかの色が弱い光であると、他の二色の光量を少なくしてバランスをとらなければならない。この制約から、結果として得られる白色光の輝度は低いものになってしまう。

【0013】

白色光源からの光のうち特定の波長帯域の光を別の光源、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）のような半導体光源、あるいは固体光源と呼ばれる光源からの光で置き換えることによって、明るさと色再現性、さらにはホワイトバランスを改善する表示装置が、特許文献２や特許文献３に開示されている。

【0014】

特許文献２によれば、白色光源として用いられる高圧水銀灯は赤の波長成分の光量が少ない。そこで、赤の照明光に赤色の光を発光するＬＥＤアレイ光源を用いる。

【0015】

特許文献３によれば、白色光源からの白色光のうち光量の少ない赤の波長成分の光を、赤色の光を発光する半導体レーザー光源からの光に、ホログラム素子を用いて部分的に置き換える。

【0016】

このように主の照明光と副の照明光を用いて、明るさと色再現性、ならびにホワイトバランスに優れた表示装置が得られる。

【0017】

上述したＬＥＤなどの固体光源による三原色の光のスペクトル幅は、既存の高圧水銀灯のような放電ランプの白色光源の光に比べて狭い。このため、固体光源は、カラーフィルターを用いなくても高い色再現性が得られるという特長を有する。

【0018】

また、固体光源は、放電ランプに比べると寿命が長く、水銀を使用していないので、環境面でも優れている。

【0019】

表示装置を観察している視環境が明るいのか暗いのか、または表示映像が明るいのか暗いのかに応じて、ＬＥＤの電流量を制御するという調光機能を搭載すれば、状況に応じて細かいパワーセーブが可能になる。

【0020】

さらに、放電ランプは、点灯後に明るさが定常状態になるまで時間がかかるのに対して、固体光源は、点灯直後に明るい画像を得られる。加えて、再点灯するまでに冷却のための待ち時間が不要であるなど、利用者の利便性も向上する。

【0021】

上述のように、固体光源は多くの利点を有しているので、投射型表示装置の光源として、固体光源が用いられている。

【0022】

ところが、現状では、一つのＬＥＤで十分な明るさの発光が得られていない。そこで、高輝度化を実現するために、複数の色を合成する様々な技術が提案されている。例えば、ピーク波長が異なる複数のＬＥＤからの光束をダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムで合成する光源装置が、特許文献４〜６に開示されている。これら特許文献４〜６に開示のものは、波長の違いを利用してダイクロイックミラーで色光を合成する方式である。

【0023】

一方、３つの光源からの色光をダイクロイックプリズムで合成する光源装置において、３つの光源のうち、少なくとも１つをピーク波長が異なる複数の光源をアレイ状に配列させたものとする光源装置が、特許文献７、８に開示されている。この光源装置は、空間的に色光を合成する方式である。

【0024】

色光を合成する他の方式としては、偏光を利用する技術がある。例えばランダムな偏光方向の光を発生する２つの光源からの光を、それぞれ直交する偏光方向を有する直線偏光に変換した後、偏光ビームスプリッタで合成する照明装置が、特許文献９に開示されている。

【0025】

関連発明としては、各色の光をあらかじめ特定の偏光方向に揃えてダイクロイックプリズムで合成する光源装置が、特許文献１０に開示されている。また、ダイクロイックプリズムで色を合成する際の入射角依存性を考慮して、入射光の偏光方向を選定する投写型表示装置が、特許文献１１に開示されている。

【0026】

特許文献１１に記載の光源装置に用いられている色合成光学素子は、青色反射多層膜および赤色反射多層膜を有する。図１Ａは、青色反射多層膜の分光反射率特性を示し、図１Ｂは、赤色反射多層膜の分光反射率特性を示す。

【0027】

図１Ａに示すように、青色反射多層膜のＳ偏光のカットオフ波長は５１０ｎｍ以上、５４０ｎｍ以下である。一方、図１Ｂに示すように、赤色反射多層膜のＳ偏光のカットオフ波長は５４０ｎｍ以上、５６０ｎｍ以下である。

【0028】

緑のライトバルブ（表示素子）からの光（Ｐ偏光）が青色反射多層膜および赤色反射多層膜に入射し、赤および青のライトバルブ（表示素子）からの光（Ｓ偏光）が青色反射多層膜および赤色反射多層膜に入射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0029】

【特許文献1】特開２０００−３４７２９２号公報（図１）

【特許文献2】特開２０００−３０５０４０号公報（図１）

【特許文献3】特開２００２−２９６６８０号公報（図１）

【特許文献4】特開２００１−０４２４３１号公報（図１）

【特許文献5】特開２００５−３２１５２４号公報（図１）

【特許文献6】特開２００４−０７００１８号公報（図５）

【特許文献7】特開２００４−３２５６３０号公報（図１）

【特許文献8】特開２００５−１８９２７７号公報（図１）

【特許文献9】特開２００６−３３７６０９号公報（図１）

【特許文献10】特開２０００−０５６４１０号公報（図７）

【特許文献11】特開平１−３０２３８５号公報（図１）

【発明の概要】

【0030】

赤、緑、青の各色の光源としてＬＥＤを用いる表示装置においては、各色のＬＥＤからの色光を合成して白色光を得る色合成光学素子が用いられるが、この色合成光学素子には、以下のような問題がある。

【0031】

色光を分離したり合成したりする手段として、ダイクロイックミラーが用いられる。このダイクロイックミラーは、誘電体多層膜で構成されるので、光の吸収が小さいという利点があるものの、入射角依存性や偏光依存性があるという問題がある。

【0032】

入射角依存性とは、ダイクロイックミラーに入射する角度によってカットオフ波長が設定値から短波長側、あるいは長波長側にシフトすることである。偏光依存性とは、Ｐ偏光とＳ偏光とでカットオフ波長が異なることである。垂直入射（入射角が０度）の場合、入射角依存性と偏光依存性は発生しないが、入射角が大きくなるにつれて、シフト量やカットオフ波長の設計値との乖離が大きくなる。

【0033】

また、投射光学系においては、光源の面積と発散角とで決まるエテンデューという制約がある。光源の面積と発散角との積の値を、表示素子の面積と投射レンズのＦナンバーで決まる取り込み角（立体角）との積の値以下にしないと、光源からの光が投射光として利用されない。つまり、投射光学系においては、ＬＥＤの半導体チップの面積あるいはＬＥＤの個数についての制約があり、しかも照明光の角度広がりにも制約がある。ＬＥＤをアレイ上に数多く配列しても、エテンデューの制約以上には、明るさを向上することはできない。

【0034】

さらに、赤、緑、青の各色のＬＥＤの光出力特性が異なるために、一番性能の低い色のＬＥＤの光出力に合わせて他の色のＬＥＤの光出力を抑制しなければならない。このため、他の色のＬＥＤについては、その光出力性能を最大限に発揮させることができない。

【0035】

各色のＬＥＤの光出力性能を最大限に発揮させることができ、混色時の光利用効率を向上することができる色合成光学素子は、特許文献１〜１１に記載の技術を組み合わせても得ることは困難である。

【0036】

例えば、入射角依存性や偏光依存性を考慮して、偏光を利用して光を合成するもの（特許文献９）や、各色の光をあらかじめ特定の偏光方向に揃えてダイクロイックミラーに入射させるもの（特許文献１０）に、ダイクロイックミラーの偏光依存性を考慮して入射光の偏光方向を選定する特許文献１１に開示された技術を用いたとしても、ＬＥＤ光源で不足している色の光を補うことはできないので、エテンデューの制約を解消することや、全てのＬＥＤの光出力性能を最大限に発揮させることはできない。

【0037】

また、特許文献２や特許文献３のように、副の照明光を用いて明るさを補う場合には、置き換えた基の光は利用されないことに加えて、置き換える際に光損失が発生するので、光利用効率が必ずしも向上しない。

【0038】

特許文献５〜８に示されているように、白色光の帯域内の４色、あるいは６色の光を合成する場合は、明るい光束を得ようとする場合に、平行光束以外の光が発生するため、入射角依存性や偏光依存性による光の合成効率が低下する。

【0039】

本発明の目的は、上記問題を解決し、ＬＥＤの光出力性能を最大限に発揮させ、混色時の光利用効率を向上することができる色合成光学素子、それを備える投射型表示装置およびその表示制御方法を提供することにある。

【0040】

上記目的を達成するため、本発明の色合成光学素子は、
出射面と、
第１乃至第３の入射面と、
互いの膜面が交差するように設けられ、入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１および第２の膜と、を有し、
前記第１の膜は、第１の偏光の可視光のうち、特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、光の三原色である赤色、緑色、青色の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の偏光の前記特定波長帯域の光と前記第２の偏光の前記特定波長の光が前記第１乃至第３の入射面の異なる入射面から入射して前記第１および第２の膜を介して前記出射面から出射される。

【0041】

本発明の投射型表示装置は、
第１乃至第３の光源と、
前記第１乃至第３の光源と一対一で対応し、対応する光源からの色光が照射される第１乃至第３の表示素子と、
前記第２の表示素子から前記第２の入射面に入射した第１の偏光の色光と、前記第１および第３の表示素子から前記第１および第３の入射面にそれぞれ入射した前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の色光とが、前記出射面から出射される、上記の色合成光学素子と、
前記色合成光学素子から出射した光の進行方向に設けられ、前記第１乃至第３の表示素子で表示された画像を投射する投射光学系と、を有し、
前記第１の光源は、第１の色の固体光源を含み、
前記第２の光源は、前記第１の色とは異なる第２の色の固体光源を含み、
前記第３の光源は、前記第１および第２の色とは異なる第３の色の固体光源を含み、
前記第１乃至第３の光源のいずれか１つは、残りの２つの光源の一方に用いられた固体光源の色に対応する波長帯域にピーク波長を有する、少なくとも一つの特定の色の固体光源をさらに含む。

【0042】

本発明の表示制御方法は、
第１の色の固体光源および前記第１の色とは異なる第２の色の固体光源からなる第１の光源からの光束を第１の表示素子に照射し、前記第２の色の別の固体光源からなる第２の光源からの光束を第２の表示素子に照射し、前記第１および第２の色とは異なる第３の色の固体光源からなる第３の光源からの光束を第３の表示素子に照射し、前記第１乃至第３の表示素子にて形成された画像を、上記の色合成光学素子を介して投射光学系により投射する投射型表示装置の表示制御方法であって、
色再現性を優先した表示を行う第１の表示モードが設定された場合は、前記第１の光源の前記第２の色の固体光源を点灯しない状態で、前記第１乃至第３の光源のうちの光出力が最も小さな光源の出射光束に合わせて、残りの２つの光源の光出力を制御し、
明るさを優先した表示を行う第２の表示モードが設定された場合には、前記第１乃至第３の光源の各固体光源を全て点灯させ、前記第２の色の固体光源からの出射光束と前記第２の色の別の固体光源からの出射光束とを足し合わせた光束に合わせて、前記第１および第３の色の固体光源の光出力を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1A】特許文献１１に記載の色合成光学素子の青色反射多層膜の分光反射率特性を示すグラフである。

【図1B】特許文献１１に記載の色合成光学素子の赤色反射多層膜の分光反射率特性を示すグラフである。

【図2】本発明の第１の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【図3A】図２に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図3B】図２に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図4A】図２に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図4B】図２に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図5】図２に示す色合成光学素子を用いて色が合成される光路の一例を示す模式図である。

【図6A】図２に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図6B】図２に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図7A】図２に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図7B】図２に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図8】図２に示す色合成光学素子を用いて色が合成される光路の他の例を示す模式図である。

【図9A】図８に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図9B】図８に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図10A】図８に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と赤色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図10B】図８に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図11】本発明の第２の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【図12A】図１１に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図12B】図１１に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図13A】図１１に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図13B】図１１に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図14】図１１に示す色合成光学素子を用いて色が合成される光路の一例を示す模式図である。

【図15A】図１１に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図15B】図１１に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図16A】図１１に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図16B】図１１に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図17】本発明の第３の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【図18A】図１７に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図18B】図１７に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図19A】図１７に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図19B】図１７に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図20】図１７に示す色合成光学素子を用いて色が合成される光路の一例を示す模式図である。

【図21A】図１７に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図21B】図１７に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と、緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図22A】図１７に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図22B】図１７に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と、緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図23】本発明の第４の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【図24A】図２３に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図24B】図２３に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図25A】図２３に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。

【図25B】図２３に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【図26】図２３に示す色合成光学素子を用いて色が合成される光路の一例を示す模式図である。

【図27A】図２３に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図27B】図２３に示す色合成光学素子の第１のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図28A】図２３に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図28B】図２３に示す色合成光学素子の第２のダイクロイックミラーのＳ偏光に対する分光反射特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。

【図29】本発明の第５の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。

【図30】図２９に示す投射型表示装置の表示素子の構成を示すブロック図である。

【図31】図２９に示す投射型表示装置の光源の構成を示すブロック図である。

【図32A】図２９に示す投射型表示装置の光源として用いられる赤用ＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。

【図32B】図２９に示す投射型表示装置の光源として用いられる緑用ＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。

【図32C】図２９に示す投射型表示装置の光源として用いられる青用ＬＥＤモジュールの構成を示す模式図である。

【図33】本発明の第６の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。

【図34】図３３に示す投射型表示装置の制御手段の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

【0044】

１ 色合成光学素子
１ａ〜１ｄ 直角プリズム
２ａ 第１のダイクロイックミラー
２ｂ 第２のダイクロイックミラー

【発明を実施するための形態】

【0045】

以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0046】

本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0047】

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【0048】

図２を参照すると、色合成光学素子１は、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム１ａ〜１ｄからなるクロスダイクロイックプリズムである。直角プリズム１ａ、１ｄの接合面と直角プリズム１ｂ、１ｃの接合面により一様な第１の平面が形成されており、この第１の平面に、誘電体多層膜からなる第１のダイクロイックミラー２ａが形成されている。直角プリズム１ａ、１ｂの接合面と直角プリズム１ｃ、１ｄの接合面により、第１の平面と交差する一様な第２の平面が形成されており、この第２の平面に、誘電体多層膜からなる第２のダイクロイックミラー２ｂが形成されている。すなわち、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂは互いの膜面が交差するように形成されている。

【0049】

色合成光学素子１の４つの側面の内、３つの面（直角プリズム１ａ、１ｃ、１ｄの各面）から光を入射させ、色を合成する。Ｓ偏光（緑＋青）が直角プリズム１ａの面（側面）に入射し、該面に対向する直角プリズム１ｃの面（側面）には、Ｓ偏光（赤）が入射する。Ｐ偏光（緑）が直角プリズム１ｄの面（側面）に入射する。残りの１つの側面（直角プリズム１ｄの面に対向する直角プリズム１ｂの面）は、３つの側面から入射した光を合成した光が出射される出射面である。

【0050】

図３Ａは、第１のダイクロイックミラー２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図３Ｂは、第１のダイクロイックミラー２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0051】

カットオフ波長を透過率、または反射率が５０％になる波長と定義する。Ｐ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー２ａのカットオフ波長は４００ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー２ａは、波長が４００ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー２ａのカットオフ波長は５８０ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー２ａは、波長が５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第１のダイクロイックミラー２ａは、波長が５８０ｎｍより短いＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。

【0052】

第１のダイクロイックミラー２ａの特性を色光に対する作用で表現すると、第１のダイクロイックミラー２ａは、青色と緑色の光に対して、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１のダイクロイックミラー２ａは、青色と緑色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。また、第１のダイクロイックミラー２ａは、赤色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。

【0053】

図４Ａは、第２のダイクロイックミラー２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図４Ｂは、第２のダイクロイックミラー２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0054】

Ｐ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は７００ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー２ｂは、波長が７００ｎｍ以下のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は５８０ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー２ｂは、波長が５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。また、第２のダイクロイックミラー２ｂは、波長が５８０ｎｍより短い波長のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。

【0055】

第２のダイクロイックミラー２ｂの特性を色光に対する作用で表現すると、第２のダイクロイックミラー２ｂは、青色と緑色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。また、第２のダイクロイックミラー２ｂは、赤色の光に対してはＰ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第２のダイクロイックミラー２ｂは赤色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。

【0056】

第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのＳ偏光に対するカットオフ波長を５８０ｎｍの黄色の帯域に設定している点が、特許文献１１に開示されているダイクロイックプリズムの分光特性（図１Ａおよび図１Ｂ参照）と大きく異なる。この相違点により、良好なホワイトバランスをとるために、不足している色の光をエテンデューの制約内で補うことが可能となり、ＬＥＤ光源の光出力特性を最大限に発揮させることができる。この特徴について、以下に詳細に説明する。

【0057】

図５は、図２に示した色合成光学素子１を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。

【0058】

色合成光学素子１の４つの側面の内、３つの面が入射面であり、これら入射面から入射した色光を第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂで合成する。残りの１面が出射面であり、この出射面から合成された色光が出射される。

【0059】

図５において、矢印付きの実線で表記した直線はそれぞれの入射光束の代表的な進行方向を示すものであるが、この矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、色合成光学素子１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。

【0060】

赤色の光としてＳ偏光を用いる。赤色のＳ偏光は、直角プリズム１ｃの入射面（図５においては、図面に向かって下方に位置する面）から色合成光学素子１に入射する。第１のダイクロイックミラー２ａは、赤色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、赤色のＳ偏光はそのまま第１のダイクロイックミラー２ａを透過する。一方、第２のダイクロイックミラー２ｂは、赤色のＳ偏光を全て反射する。よって、図５に示すように、赤色のＳ偏光の光束は、第２のダイクロイックミラー２ｂにて９０度曲げられ、その後、直角プリズム１ｂの出射面から出射される。

【0061】

緑色の光としてＰ偏光およびＳ偏光を用いる。緑色のＰ偏光は、直角プリズム１ｄの入射面（図５においては、図面に向かって左方に位置する面）から色合成光学素子１に入射する。第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイックロイックミラー２ｂは、ともに緑色のＰ偏光に対しては何ら作用しないので、緑色のＰ偏光は、そのまま第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイックロイックミラー２ｂを透過する。第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイックロイックミラー２ｂを透過した緑色のＰ偏光は、直角プリズム１ｂの出射面から出射される。

【0062】

青色の光としてＳ偏光を用いる。青色のＳ偏光は、直角プリズム１ａの入射面（図５においては、図面に向かって上方に位置する面）から色合成光学素子１に入射する。この直角プリズム１ａの入射面には、緑色のＳ偏光も、青色のＳ偏光と同じ方向から入射する。

【0063】

第２のダイクロイックミラー２ｂは、青色と緑色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、青色と緑色のＳ偏光はそのまま第２のダイクロイックミラー２ｂを透過する。一方、第１のダイクロイックミラー２ａは、青色と緑色のＳ偏光を全て反射する。よって、青色と緑色のＳ偏光の光束は、図５に示すように、第１のダイクロイックミラー２ａにて９０度曲げられ、その後、直角プリズム１ｂの出射面から出射される。

【0064】

上述のように、本実施形態の色合成光学素子１では、直角プリズム１ａの入射面から入射した緑色および青色のＳ偏光と、直角プリズム１ｃの入射面から入射した赤色のＳ偏光と、直角プリズム１ｄの入射面から入射した緑色のＰ偏光とが、第１のダイクロイックミラー２ａおよび第２のダイクロイックミラー２ｂにて合成されることで、白色光を得ることができる。

【0065】

図６Ａは、第１のダイクロイックミラー２ａのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図６Ｂは、第１のダイクロイックミラー２ａのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５２０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４６０ｎｍである。

【0066】

図７Ａは、第２のダイクロイックミラー２ｂのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図７Ｂは、第２のダイクロイックミラー２ｂのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５２０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４６０ｎｍである。

【0067】

図６Ａと図７Ａから明らかなように、緑色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の緑色の光がそれらダイクロイックミラー２ａ、２ｂにて反射されることはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0068】

また、図６Ｂと図７Ｂから明らかなように、緑色のＳ偏光と赤色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の赤色と緑色の光を、ほとんど損失することなく、それらダイクロイックミラー２ａ、２ｂにて合成できる。

【0069】

このように、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は、色合成に使用しない黄色の帯域に設定されているので、平行光とは異なる角度で入射する光に対しても、効率よく色光を合成するこことができる。

【0070】

一般に、赤色、緑色、青色の各光源としてＬＥＤのような半導体光源を用い、各半導体光源からの赤色、緑色、青色の光を合成してホワイトバランスに優れた白色光を得る場合、赤色、緑色、青色の光の混色比率に対して、青色の光出力が他の色に比べて大きく、緑色の光出力が他の色に比べて小さい。この場合、光出力が相対的に小さい緑色の半導体光源に合わせて、青色と赤色の半導体光源の光出力を抑制させるため、得られる白色光の光出力も小さいものになってしまう。

【0071】

本実施形態の色合成光学素子によれば、緑色の光を異なる２方向から合成することができる。しかも、光出力が相対的に大きい青色の光量を減らして、緑色の光を加える構成となっている。したがって、最適な混色比率で三原色を合成でき、ホワイトバランスに優れた白色光が得られる。加えて、３色のＬＥＤの光出力を抑制することなく最大限に発揮させることが可能である。

【0072】

本実施形態の色合成光学素子は、緑色の光のみを異なる２方向から合成する構成に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、緑色および赤色のＰ偏光を直角プリズム１ｄの入射面から色合成光学素子１に入射させてもよい。図５に示したものと同様、緑色および青色のＳ偏光が直角プリズム１ａの入射面に入射し、赤色のＳ偏光が直角プリズム１ｃの入射面に入射する。

【0073】

図９Ａは、図８に示した色合成光学素子における、第１のダイクロイックミラー２ａのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図９Ｂは、図８に示した色合成光学素子における、第１のダイクロイックミラー２ａのＳ偏光に対する分光反射特性と、赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５２０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４６０ｎｍである。

【0074】

図１０Ａは、図８に示した色合成光学素子における、第２のダイクロイックミラー２ｂのＰ偏光に対する分光透過特性と赤色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図１０Ｂは、図８に示した色合成光学素子における、第２のダイクロイックミラー２ｂのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５２０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４６０ｎｍである。

【0075】

図９Ａおよび図１０Ａに示すように、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイックロイックミラー２ｂは、ともに緑色と赤色のＰ偏光に対しては何ら作用しない。よって、直角プリズム１ｄの入射面から入射した緑色と赤色のＰ偏光は、そのまま各ダイクロイックミラー２ａ、２ｂを透過し、その後、直角プリズム１ｂの出射面から出射される。なお、各ダイクロイックミラー２ａ、２ｂの赤色、緑色および青色のＳ偏光に対する作用は図５に示したものと同様である。

【0076】

また、緑色および赤色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の緑色や赤色の光がそれらダイクロイックミラー２ａ、２ｂにて反射されることはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0077】

また、図９Ｂと図１０Ｂから明らかなように、緑色のＳ偏光と赤色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２ａと第２のダイクロイックミラー２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の赤色と緑色の光を、ほとんど損失することなく、それらダイクロイックミラー２ａ、２ｂにて合成できる。

【0078】

図８に示した色合成光学素子によれば、緑色の光を異なる２方向から入射させて合成することができるとともに、赤色の光を異なる２方向から入射させて合成することができる。

【0079】

図５または図８に示した色合成光学素子において、直角プリズム１ｄの入射面に、青色のＰ偏光をさらに入射させる構成としてもよい。この場合は、青色の光も、異なる２方向から入射させて合成することができる。

【0080】

（第２の実施形態）
図１１は、本発明の第２の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【0081】

図１１を参照すると、色合成光学素子１１は、第１の実施形態と同様、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム１１ａ〜１１ｄからなるクロスダイクロイックプリズムである。直角プリズム１１ａ〜１１ｄの接合面に、誘電体多層膜からなる第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂが交差するように形成されている。

【0082】

色合成光学素子１１の４つの側面の内、３つの面（直角プリズム１１ａ、１１ｃ、１１ｄの各面）から光を入射させ、色を合成する。Ｓ偏光（青）が直角プリズム１１ａの面に入射し、該入射面に対向する直角プリズム１１ｃの面には、Ｓ偏光（赤＋緑）が入射する。Ｐ偏光（緑）は、直角プリズム１１ｄの面に入射する。残りの１つの側面（直角プリズム１１ｄの面に対向する直角プリズム１１ｂの面）から、３つの側面から入射した光を合成した光が出射される。

【0083】

図２に示した第１の実施形態の色合成光学素子１では、緑色および青色のＳ偏光が直角プリズム１ａの入射面から色合成光学素子１に入射する。これに対して、本実施形態の色合成光学素子１１では、緑色のＳ偏光は、直角プリズム１１ａの入射面ではなく、該入射面と対向する直角プリズム１１ｃの入射面から、赤色のＳ偏光とともに色合成光学素子１１に入射する。この点で、本実施形態の色合成光学素子１１は、図２に示した第１の実施形態の色合成光学素子１と異なる。

【0084】

図１２Ａは、第１のダイクロイックミラー１２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１２Ｂは、第１のダイクロイックミラー１２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0085】

Ｐ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー１２ａのカットオフ波長は４００ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー１２ａは、波長が４００ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー１２ａのカットオフ波長は４９０ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー１２ａは、波長が４９０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第１のダイクロイックミラー１２ａは、波長が４９０ｎｍより短い波長のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。

【0086】

第１のダイクロイックミラー１２ａの特性を色光に対する作用で表現すると、第１のダイクロイックミラー１２ａは、青色の光に対しては、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１のダイクロイックミラー１２ａは、青色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。一方、第１のダイクロイックミラー１２ａは、緑色と赤色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。

【0087】

図１３Ａは、第２のダイクロイックミラー１２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１３Ｂは、第２のダイクロイックミラー１２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0088】

Ｐ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー１２ｂのカットオフ波長は７００ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、波長が７００ｎｍ以下のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー１２ｂのカットオフ波長が４９０ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、波長が４９０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。また、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、４９０ｎｍより短い波長のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。

【0089】

第２のダイクロイックミラー１２ｂの特性を色光に対する作用で表現すると、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、青色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。また、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、緑色と赤色の光に対しては、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、緑色と赤色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。

【0090】

本実施形態の色合成光学素子１１は、第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂのＳ偏光に対するカットオフ波長を４９０ｎｍの青緑（シアン）色の帯域に設定している点で、特許文献１１に開示されているダイクロイックプリズムと異なる。この相違点によれば、良好なホワイトバランスをとるために、不足している色の光をエテンデューの制約内で補うことが可能であり、ＬＥＤ光源の光出力特性を最大限に発揮させることができる。この特徴点について、以下に詳細に説明する。

【0091】

図１４は、図１１に示した色合成光学素子１１を用いて色光が合成される際の光路を説明するための平面図である。

【0092】

色合成光学素子１１の４つの側面の内、３つの面が入射面であり、これら入射面から入射した色光を第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂで合成する。残りの１面が出射面であり、この出射面から合成された色光が出射される。

【0093】

図１４において、矢印付きの実線で表記した直線はそれぞれの入射光束の代表的な進行方向を示すものであるが、この矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、色合成光学素子１１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。

【0094】

青色の光としてＳ偏光を用いる。青色のＳ偏光は、直角プリズム１１ａの入射面（図１４においては、図面に向かって上方に位置する面）から色合成光学素子１１に入射する。第２のダイクロイックミラー１２ｂは、青色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、青色のＳ偏光はそのまま第２のダイクロイックミラー１２ｂを透過する。一方、第１のダイクロイックミラー１２ａは、青色のＳ偏光を全て反射する。よって、青色のＳ偏光の光束は、図１４に示すように、第１のダイクロイックミラー１２ａにて９０度曲げられ、その後、直角プリズム１１ｂの出射面から出射される。

【0095】

緑色の光としてＰ偏光およびＳ偏光を用いる。緑色のＰ偏光は、直角プリズム１１ｄの入射面（図１４においては、図面に向かって左方に位置する面）から色合成光学素子１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイックロイックミラー１２ｂは、ともに緑色のＰ偏光に対しては何ら作用しないので、緑色のＰ偏光は、そのまま各ダイックロイックミラー１２ａ、１２ｂを透過し、その後、直角プリズム１１ｂの出射面から出射される。

【0096】

赤色の光としてＳ偏光を用いる。緑色および赤色のＳ偏光は、直角プリズム１１ｃの入射面（図１４においては、図面に向かって下方に位置する面）から色合成光学素子１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１２ａは、緑色と赤色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、緑色と赤色のＳ偏光はそのまま第１のダイクロイックミラー１２ａを透過する。一方、第２のダイクロイックミラー１２ｂは、緑色と赤色のＳ偏光を全て反射する。よって、緑色と赤色のＳ偏光の光束は、図１４に示すように、第１のダイクロイックミラー１２ｂにて９０度曲げられ、その後、直角プリズム１１ｂの出射面から出射される。

【0097】

このように、本実施形態の色合成光学素子１１によれば、青色のＳ偏光と、緑色のＰ偏光およびＳ偏光と、赤色のＳ偏光とが合成されて白色光を得ることができる。

【0098】

図１５Ａは、第１のダイクロイックミラー１２ａのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図１５Ｂは、第１のダイクロイックミラー１２ａのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0099】

図１６Ａは、第２のダイクロイックミラー１２ｂのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図１６Ｂは、第２のダイクロイックミラー１２ｂのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色、緑色、青色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0100】

図１５Ａと図１６Ａから明らかなように、緑色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の緑色の光はそれらダイクロイックミラー１２ａ、１２ｂにて反射することはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0101】

図１５Ｂと図１６Ｂから明らかなように、青色のＳ偏光と緑色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の青と緑の光を、それらダイクロイックミラー１２ａ、１２ｂにてほとんど損失することなく合成できる。

【0102】

このように、第１のダイクロイックミラー１２ａと第２のダイクロイックミラー１２ｂのカットオフ波長は、色合成に使用しない青緑（シアン）色の帯域に設定されているので、平行光とは異なる角度で入射する光に対しても、効率よく色光を合成するこことができる。

【0103】

第１の実施形態と同様に、本実施形態によれば、緑色の光を異なる２方向から合成することができる。しかも、光出力が相対的に大きな赤色の光量を減らして、緑色の光を加える構成となっている。したがって、最適な混色比率で三原色を合成でき、ホワイトバランスに優れた白色光が得られる。加えて、３色のＬＥＤの光出力を抑制することなく最大限に発揮させることが可能になる。

【0104】

本実施形態の色合成光学素子１１は、緑色の光のみを異なる２方向から合成する構成に限定されるものではない。例えば、図１１に示した色合成光学素子１１において、緑色のＰ偏光の光が入射する直角プリズム１１ｄの入射面に、青色または赤色のＰ偏光の光もしくは赤色および青色のＰ偏光の光をさらに入射させてもよい。これら形態の組み合わせの中から混色する色を設定できる。

【0105】

ＬＥＤの製造上の問題により、ＬＥＤのピーク波長が±１０〜２０ｎｍ程度ばらつくことが知られている。第１の実施形態では、黄色の波長帯域（５６０ｎｍ以上、６００ｎｍ以下）にダイクロイックミラーのカット波長を設定しているので、緑色ＬＥＤのピーク波長が短波長側にばらついたものを使用することで、色合成時の損失をより一層低減できる。第２の実施形態では、青緑（シアン）色の波長帯域（４８０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下）にダイクロイックミラーのカット波長を設定しているので、緑色ＬＥＤのピーク波長が長波長側にばらついたものと、青色ＬＥＤのピーク波長が短波長側にばらついたものを使用することで、色合成時の損失をより一層低減できる。このようにＬＥＤのピーク波長のばらつきに応じて色合成光学素子を選択してもよい。

【0106】

また、ＬＥＤの光出力特性も、製造上の問題によるばらつきが大きい。青色ＬＥＤの光出力が相対的に大きな場合には、第１の実施形態のように、青色を減らして緑色を加える。逆に、赤色ＬＥＤの光出力が相対的に大きな場合には、第２の実施形態のように、赤色を減らして緑色を加える。さらに、Ｐ偏光の緑色の光路に、赤色や青色のＰ偏光を加えることによって、各色の光源の組み合わせや配置を選択することができる。

【0107】

このように、各実施形態の色合成光学素子は、ピーク波長や光出力のばらつきが大きなＬＥＤを活用することができるので有用である。

【0108】

（第３の実施形態）
図１７は、本発明の第３の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【0109】

図１７を参照すると、色合成光学素子１１１は、第１の実施形態と同様、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム１１１ａ〜１１１ｄからなるクロスダイクロイックプリズムである。直角プリズム１１１ａ〜１１１ｄの接合面に、誘電体多層膜からなる第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂが交差するように形成されている。

【0110】

色合成光学素子１１１の４つの側面の内、３つの面（直角プリズム１１１ａ、１１１ｃ、１１１ｄの各面）から光を入射させ、色を合成する。Ｓ偏光（緑）が直角プリズム１１１ａの面に入射し、該入射面に対向する直角プリズム１１１ｃの面には、Ｓ偏光（赤）が入射する。Ｐ偏光（青＋緑）は、直角プリズム１１１ｄの面に入射する。残りの１つの側面（直角プリズム１１１ｄの面に対向する直角プリズム１１１ｂの面）から、３つの側面から入射した光を合成した光が出射される。

【0111】

図２に示した第１の実施形態の色合成光学素子１では、緑色および青色のＳ偏光が直角プリズム１ａの入射面に入射し、赤色のＳ偏光が直角プリズム１ｃの入射面に入射し、緑色のＰ偏光が直角プリズム１ｄの入射面に入射する。これに対して、本実施形態の色合成光学素子１１１では、緑色のＳ偏光が直角プリズム１１１ａの入射面に入射し、赤色のＳ偏光が直角プリズム１１１ｃの入射面に入射し、青色および緑色のＰ偏光が直角プリズム１１１ｄの入射面に入射する。すなわち、本実施形態の色合成光学素子１１１は、Ｐ偏光の透過光路に青色のＰ偏光と緑色のＰ偏光を入射させ、Ｓ偏光の反射光路に緑色のＳ偏光と赤色のＳ偏光をそれぞれ入射させる点で、第１の実施形態の色合成光学素子と異なる。

【0112】

図１８Ａは、第１のダイクロイックミラー１１２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１８Ｂは、第１のダイクロイックミラー１１２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0113】

第１のダイクロイックミラー１１２ａは、Ｐ偏光で入射する光のうちの可視域の光を概ね透過し、反射しない。Ｓ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー１１２ａのカットオフ波長は、４９０ｎｍと５８０ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、波長が４９０ｎｍ以下のＳ偏光の光および波長が５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を、概ね透過し、反射しない。また、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、波長が４９０ｎｍを超え、５８０ｎｍ未満の波長域のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。

【0114】

第１のダイクロイックミラー１１２ａの特性を色光に対する作用で表現すると、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、緑色の光に対しては、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、緑色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。一方、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、青色と赤色の光に対してはＰ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。

【0115】

図１９Ａは、第２のダイクロイックミラー１１２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図１９Ｂは、第２のダイクロイックミラー１１２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0116】

Ｐ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー１１２ｂのカットオフ波長は７００ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、波長が７００ｎｍ以下のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。一方、Ｓ偏光で入射する光に対する第２のダイクロイックミラー１１２ｂのカットオフ波長は５８０ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、波長が５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。逆に、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、５８０ｎｍより短い波長のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。

【0117】

第２のダイクロイックミラー１１２ｂの特性を色光に対する作用で表現すると、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、青色と緑色の光に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。また、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、赤色の光に対しては、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、赤色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。

【0118】

第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂのＳ偏光に対するカットオフ波長を４９０ｎｍの青緑（シアン）色と５８０ｎｍの黄色の帯域に設定している点が、特許文献１１に開示されているダイクロイックプリズムの分光特性（図１Ａおよび図１Ｂ参照）と大きく異なる。この相違点により、良好なホワイトバランスをとるために、不足している色の光をエテンデューの制約内で補うことが可能となり、ＬＥＤ光源の光出力特性を最大限に発揮させることができる。この特徴について、以下に詳細に説明する。

【0119】

図２０は、図１７に示した色合成光学素子１１１を用いて色が合成される際の光路を説明するための平面図である。前述したように、色合成光学素子１１１の４つの側面の内、３つの面が入射面であり、入射面から光を入射させて第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂで色光を合成する。残りの１面が出射面であり、出射面から、第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂで合成された光が出射される。

【0120】

図２０において、矢印付きの実線で表記した直線はそれぞれの入射光束の代表的な進行方向を説明するためのものであるが、この矢印付きの実線で表記した直線だけが入射する光線そのものを意味しているものではない。入射する光は、色合成光学素子１１１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。

【0121】

緑色の光としてＳ偏光を用いる。緑色のＳ偏光は、直角プリズム１１１ａの入射面（図２０においては、図面に向かって上方に位置する面）から色合成光学素子１１１に入射する。第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、緑色のＳ偏光に対しては何も作用しないので、緑色のＳ偏光はそのまま第２のダイクロイックミラー１１２ｂを透過する。一方、第１のダイクロイックミラー１１２ａは、緑色のＳ偏光を全て反射する。よって、緑色のＳ偏光の光路は、図２０に示すように、第１のダイクロイックミラー１１２ａにて９０度曲げられたものとなり、第１のダイクロイックミラー１１２ａで反射された緑色のＳ偏光が出射面から出射される。

【0122】

赤色の光としてＳ偏光を用いる。赤色のＳ偏光は、直角プリズム１１１ｃの入射面（図２０においては、図面に向かって下方に位置する面）から色合成光学素子１１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１１２ａは、赤色のＳ偏光に対しては何も作用しないので、赤色のＳ偏光は、そのまま第１のダイクロイックミラー１１２ａを透過する。一方、第２のダイクロイックミラー１１２ｂは、赤色のＳ偏光を全て反射する。よって、赤色のＳ偏光の光路は、図２０に示すように、第２のダイクロイックミラー１１２ｂにて９０度曲げられたものとなり、第２のダイクロイックミラー１１２ｂで反射された赤色のＳ偏光が出射面から出射される。

【0123】

青色の光としてＰ偏光を用い、さらに緑色の光としてＰ偏光を用いる。青色および緑色のＰ偏光は、直角プリズム１１１ｄの入射面（図２０においては、図面に向かって左方に位置する面）から色合成光学素子１１１に入射する。第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイックロイックミラー１１２ｂは、ともに青色と緑色のＰ偏光に対しては何も作用しないので、青色と緑色のＰ偏光は、そのまま第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイックロイックミラー１１２ｂを透過し、出射面から出射される。

【0124】

上述のように、本実施形態の色合成光学素子１１１では、青色のＰ偏光と、緑色のＰ偏光およびＳ偏光と、赤色のＳ偏光とが合成されることで、白色光を得ることができる。

【0125】

図２１Ａは、第１のダイクロイックミラー１１２ａのＰ偏光に対する分光透過特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図２１Ｂは、第１のダイクロイックミラー１１２ａのＳ偏光に対する分光反射特性と、緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0126】

図２２Ａは、第２のダイクロイックミラー１１２ｂのＰ偏光に対する分光透過特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図２２Ｂは、第２のダイクロイックミラー１１２ｂのＳ偏光に対する分光反射特性と赤色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0127】

図２１Ａと図２２Ａから明らかなように、青色と緑色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の青色と緑色の光がそれらダイクロイックミラー１１２ａ、１１２ｂにて反射されることはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0128】

また、図２１Ｂと図２２Ｂから明らかなように、赤色のＳ偏光と緑色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の赤と緑の光を、ほとんど損失することなく、それらダイクロイックミラー１１２ａ、１１２ｂにて合成できる。

【0129】

このように、第１のダイクロイックミラー１１２ａと第２のダイクロイックミラー１１２ｂのカットオフ波長が、色合成に使用しない青緑（シアン）色と黄色の波長帯域に設定しているので、平行光とは異なる角度で入射する光に対しても、効率よく色光を合成するこことができる。

【0130】

第１の実施形態と同様に、本実施形態によれば、緑色の光を異なる２方向から合成することができる。しかも、光出力が相対的に大きい青色の光量を減らして緑色の光を加える構成となっている。したがって、望ましい混色比率で三原色を合成でき、ホワイトバランスに優れた白色光が得られる。また、３色のＬＥＤの光出力を抑制することなく最大限に発揮させることが可能になる。

【0131】

（第４の実施形態）
図２３は、本発明の第４の実施形態である色合成光学素子の構成を示す斜視図である。

【0132】

図２３を参照すると、色合成光学素子１２１は、第１の実施形態と同様、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム１２１ａ〜１２１ｄからなるクロスダイクロイックプリズムである。直角プリズム１２１ａ〜１２１ｄの接合面に、誘電体多層膜からなる第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂが交差するように形成されている。

【0133】

色合成光学素子１２１の４つの側面の内、３つの面（直角プリズム１２１ａ、１２１ｃ、１２１ｄの各面）から光を入射させ、色を合成する。Ｓ偏光（緑）が直角プリズム１２１ａの面に入射し、該入射面に対向する直角プリズム１２１ｃの面には、Ｓ偏光（青）が入射する。Ｐ偏光（赤＋緑）は、直角プリズム１２１ｄの面に入射する。残りの１つの側面（直角プリズム１２１ｄの面に対向する直角プリズム１２１ｂの面）から、３つの側面から入射した光を合成した光が出射される。

【0134】

図２に示した第１の実施形態の色合成光学素子１では、緑色および青色のＳ偏光が直角プリズム１ａの入射面に入射し、赤色のＳ偏光が直角プリズム１ｃの入射面に入射し、緑色のＰ偏光が直角プリズム１ｄの入射面に入射する。これに対して、本実施形態の色合成光学素子１２１では、緑色のＳ偏光が直角プリズム１２１ａの入射面に入射し、青色のＳ偏光が直角プリズム１２１ｃの入射面に入射し、赤色および緑色のＰ偏光が直角プリズム１２１ｄの入射面に入射する。すなわち、本実施形態の色合成光学素子１２１は、Ｐ偏光の透過光路に赤色のＰ偏光と緑色のＰ偏光を入射させ、Ｓ偏光の反射光路に緑色のＳ偏光と青色のＳ偏光をそれぞれ入射させる点で、第１の実施形態の色合成光学素子と異なる。

【0135】

図２４Ａは、第１のダイクロイックミラー１２２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図２４Ｂは、第１のダイクロイックミラー１２２ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0136】

第１のダイクロイックミラー１２２ａは、Ｐ偏光で入射する光のうちの可視域の光を概ね透過し、反射しない。Ｓ偏光で入射する光に対する第１のダイクロイックミラー１２２ａのカットオフ波長は、４９０ｎｍと５８０ｎｍである。この場合、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、４９０ｎｍ以下、および５８０ｎｍ以上のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、波長が４９０ｎｍを超え、５８０ｎｍ未満の波長域のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。

【0137】

第１のダイクロイックミラー１２２ａの特性を色光に対する作用で表現すると、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、緑色の光に対しては、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、緑色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。青色と赤色の光に対しては、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、Ｐ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。

【0138】

図２５Ａは、第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性を示すグラフである。図２５Ｂは、第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光反射特性を示すグラフである。

【0139】

第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＰ偏光で入射する光に対するカットオフ波長は４００ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、波長が４００ｎｍ以上のＰ偏光の光を概ね透過し、反射しない。また、第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＳ偏光で入射する光に対するカットオフ波長は４９０ｎｍである。この場合、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、波長が４９０ｎｍ以下のＳ偏光の光を概ね反射し、透過しない。また、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、４９０ｎｍより長い波長のＳ偏光の光を概ね透過し、反射しない。

【0140】

第２のダイクロイックミラー１２２ｂの特性を色光に対する作用で表現すると、赤色と緑色の光に対しては、第２のダイクロイックミラー１２２ｂはＰ偏光とＳ偏光をともに透過し、何ら作用しない。青色の光に対しては、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する。すなわち、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、青色の光に対して偏光ビームスプリッタとしても作用する。

【0141】

第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＳ偏光に対するカットオフ波長を４９０ｎｍの青緑（シアン）色と５８０ｎｍの黄色の帯域に設定している点が、特許文献１１に開示されているダイクロイックプリズム（図１Ａおよび図１Ｂ参照）とは大きく異なる。この相違点により、良好なホワイトバランスをとるために、不足している色の光をエテンデューの制約内で補うことが可能であり、ＬＥＤ光源の光出力特性を最大限に発揮させることができる。この特徴について、以下に詳細に説明する。

【0142】

図２６は、図２３に示した色合成光学素子１２１を用いて色が合成される際の光路を説明するための平面図である。前述したように、色合成光学素子１２１の４つの側面の内、３つの面が入射面であり、入射面から光を入射させて第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂで色光を合成する。残りの１面が出射面であり、この出射面から、第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂで合成された光が出射される。

【0143】

図２６において、矢印付きの実線で表記した直線はそれぞれの入射光束の代表的な進行方向を説明するためのものであるが、この矢印付きの実線で表記した直線が入射する光線そのものだけを意味しているものではない。入射する光は、色合成光学素子１２１の入射面以下の断面積を持った光束であって、矢印付きの実線で表記した直線以外の位置、並びに角度成分を有する光線も含む。

【0144】

緑色の光としてＳ偏光を用いる。緑色のＳ偏光は、直角プリズム１２１ａの入射面（図２６においては、図面に向かって上方に位置する面）から色合成光学素子１２１に入射する。第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、緑色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、緑色のＳ偏光はそのまま第２のダイクロイックミラー１２２ｂを透過する。一方、第１のダイクロイックミラー１２２ａは、緑色のＳ偏光を全て反射する。よって、緑色のＳ偏光の光路は、図２６に示すように、第１のダイクロイックミラー１２２ａにて９０度曲げられたものとなり、第１のダイクロイックミラー１２２ａで反射された緑色のＳ偏光が出射面から出射される。

【0145】

青色の光としてＳ偏光を用いる。青色のＳ偏光は、直角プリズム１２１ｃの入射面（図２６においては、図面に向かって下方に位置する面）から色合成光学素子１２１に入射する。第１のダイクロイックミラー１２２ａは、青色のＳ偏光に対しては何ら作用しないので、青色のＳ偏光は、そのまま第１のダイクロイックミラー１２２ａを透過する。一方、第２のダイクロイックミラー１２２ｂは、青色のＳ偏光を全て反射する。よって、青色のＳ偏光の光路は、図２６に示すように、第２のダイクロイックミラー１２２ｂにて９０度曲げられたものとなり、第２のダイクロイックミラー１２２ｂで反射された青色のＳ偏光が出射面から出射される。

【0146】

赤色の光としてＰ偏光を用い、さらに緑色の光としてＰ偏光を用いる。赤色および緑色のＰ偏光は、直角プリズム１２１ｄの入射面（図２６においては、図面に向かって左方に位置する面）から色合成光学素子１２１に入射する。第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイックロイックミラー１２２ｂは、ともに赤色と緑色のＰ偏光に対しては何ら作用しないので、赤色と緑色のＰ偏光は、そのまま第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイックロイックミラー１２２ｂを透過し、出射面から出射される。

【0147】

上述のように、本実施形態の色合成光学素子１２１では、赤色のＰ偏光と、緑色のＰ偏光およびＳ偏光と、青色のＳ偏光とが合成されることで、白色光を得ることができる。

【0148】

図２７Ａは、第１のダイクロイックミラー１２２ａのＰ偏光に対する分光透過特性と緑色および赤色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図２７Ｂは、第１のダイクロイックミラー１２２ａのＳ偏光に対する分光反射特性と青色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0149】

図２８Ａは、第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＰ偏光に対する分光透過特性と赤色および緑色の各ＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。図２８Ｂは、第２のダイクロイックミラー１２２ｂのＳ偏光に対する分光反射特性と青色および緑色のＬＥＤ光源の発光スペクトルとの関係を示すグラフである。赤色のＬＥＤ光源のピーク波長は６３０ｎｍであり、緑色のＬＥＤ光源のピーク波長は５３０ｎｍであり、青色のＬＥＤ光源のピーク波長は４５０ｎｍである。

【0150】

図２７Ａと図２８Ａから明らかなように、赤色と緑色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の赤色と緑色の光は、それらダイクロイックミラー１２２ａ、１２２ｂにて反射することはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0151】

また、図２７Ｂと図２８Ｂから明らかなように、青色のＳ偏光と緑色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の青と緑の光を、ほとんど損失することなく、それらダイクロイックミラー１２２ａ、１２２ｂにて合成できる。

【0152】

このように、第１のダイクロイックミラー１２２ａと第２のダイクロイックミラー１２２ｂのカットオフ波長が、色合成に使用しない青緑（シアン）色と黄色の波長帯域に設定しているので、平行光とは異なる角度で入射する光に対しても、効率よく色光を合成することができる。

【0153】

第１の実施形態と同様に、本実施形態によれば、緑色の光を異なる２方向から合成することができる。しかも、光出力が相対的に大きい赤色の光量を減らして緑色の光を加える構成となっている。したがって、望ましい混色比率で三原色を合成でき、ホワイトバランスに優れた白色光が得られる。また、３色のＬＥＤの光出力を抑制することなく最大限に発揮させることが可能になる。

【0154】

（第５の実施形態）
図２９は、本発明の第５の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。

【0155】

本実施形態の投射型表示装置は、３つの光源２０ａ〜２０ｃ、色合成光学素子２１、赤用表示素子２２ａ、緑用表示素子２２ｂ、青用表示素子２２ｃ、および投射レンズ２３を有する。

【0156】

色合成光学素子２１は、第１の実施形態と同様のクロスダイクロイックプリズムであって、直角を成す面が互いに接合された４つの直角プリズム２１ａ〜２１ｄを有する。直角プリズム２１ａ〜２１ｄの接合面に、誘電体多層膜からなる第１のダイクロイックミラー２４ａと第２のダイクロイックミラー２４ｂが交差するように形成されている。

【0157】

光源２０ａは赤色の光を出力する。光源２０ｂは緑色の光を出力する。光源２０ｃは緑色および青色の光を出力する。ここで、赤色、緑色、青色は、光の三原色に対応する。

【0158】

赤用表示素子２２ａは、光源２０ａからの光束（赤色）の進行方向に設けられている。光源２０ａからの光束（赤色）が赤用表示素子２２ａに照射される。赤用表示素子２２ａは、Ｓ偏光の画像光（赤色）を生成する。赤用表示素子２２ａからのＳ偏光の画像光（赤色）の進行方向に、色合成光学素子２１の直角プリズム２１ｃが配置されている。

【0159】

緑用表示素子２２ｂは、光源２０ｂからの光束（緑色）の進行方向に設けられている。光源２０ｂからの光束（緑色）が緑用表示素子２２ｂに照射される。緑用表示素子２２ｂは、Ｐ偏光の画像光（緑色）を生成する。緑用表示素子２２ｂからのＰ偏光の画像光（緑色）の進行方向に、色合成光学素子２１の直角プリズム２１ｄが配置されている。

【0160】

青用表示素子２２ｃは、光源２０ｃからの光束（緑色＋青色）の進行方向に設けられている。光源２０ｃからの光束（緑色＋青色）が青用表示素子２２ｃに照射される。青用表示素子２２ｃは、Ｓ偏光の画像光（緑色＋青色）を生成する。青用表示素子２２ｃからのＳ偏光の画像光（緑色＋青色）の進行方向に、色合成光学素子２１の直角プリズム２１ａが配置されている。

【0161】

色合成光学素子２１の４つの側面の内、直角プリズム２１ａ、２１ｃ、２１ｄの面が入射面であり、直角プリズム２１ｂの面が出射面である。これら入出射面に、誘電体多層膜からなる反射防止膜を設けてもよい。

【0162】

赤用表示素子２２ａからのＳ偏光の画像光（赤色）は、直角プリズム２１ｃ側の入射面から色合成光学素子２１に入射する。緑用表示素子２２ｂからのＰ偏光の画像光（緑色）は、直角プリズム２１ｄ側の入射面から色合成光学素子２１に入射する。青用表示素子２２ｃからのＳ偏光の画像光（緑色＋青色）は、直角プリズム２１ａ側の入射面から色合成光学素子２１に入射する。

【0163】

第１のダイクロイックミラー２４ａのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性および分光反射特性は、図３Ａおよび図３Ｂに示した通りである。

【0164】

第２のダイクロイックミラー２４ｂのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光透過特性および分光反射特性は、図４Ａおよび図４Ｂに示した通りである。

【0165】

色合成光学素子２１では、直角プリズム２１ａ、２１ｃ、２１ｄの各入射面から入射したＳ偏光の画像光（赤色）、Ｐ偏光の画像光（緑色）およびＳ偏光の画像光（緑色＋青色）は、第１のダイクロイックミラー２４ａと第２のダイクロイックミラー２４ｂで色合成される。この色合成された画像光は、直角プリズム２１ｂの出射面から出射される。

【0166】

色合成光学素子２１の出射面から出射された光束（画像光）の進行方向に、投射レンズ２３が設けられている。各表示素子２２ａ〜２２ｃに表示された画像（または映像）が、投射レンズ２３によって、不図示のスクリーン上に投影される。

【0167】

次に、赤用表示素子２２ａ、緑用表示素子２２ｂおよび青用表示素子２２ｃの構成について具体的に説明する。

【0168】

図３０は、赤用表示素子２２ａ、緑用表示素子２２ｂおよび青用表示素子２２ｃとして用いられる表示素子の構成を示すブロック図である。

【0169】

図３０を参照すると、表示素子は、液晶ライトバルブ４０を有する。液晶ライトバルブ４０の入射面側（光源側）には、偏光子４１が取り付けられ、液晶ライトバルブ４０の出射面側（色合成光学素子側）には検光子４２が取り付けられている。

【0170】

液晶ライトバルブ４０は、画素を構成する透明電極膜が形成された二枚のガラス基板を備え、これらガラス基板間に液晶が封入されている。液晶として、例えばツイステッド・ネマッティック（ＴＮ）液晶が用いられる。液晶の駆動方式として、画素毎に設けられたスイッチング素子である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を制御するアクティブマトリクス（ＡＭ）方式が用いられる。

【0171】

入力映像信号が、映像信号処理回路４４に供給される。映像信号処理回路４４は、明るさ補正や色補正などの映像信号処理を行う。映像信号処理が施された信号が、映像信号処理回路４４から駆動回路４３に供給される。

【0172】

駆動回路４３は、映像信号処理回路４４からの信号に液晶ライトバルブ４０を駆動するためのＤ／Ａ変換や極性変換などの処理を施し、各画素に設けられたＴＦＴに駆動信号を供給する。

【0173】

液晶ライトバルブ４０では、駆動回路４３からの駆動信号に応じて各画素に印加された電圧により液晶の状態が変化し、この液晶の状態変化に応じて、偏光子４１を透過した照明光の偏光状態が変化する。この結果、検光子４２を通過した照明光は、入力映像信号に基づく画像に応じた強度変調が施されたものとなる。

【0174】

なお、液晶のモードはＴＮタイプに限定されることはなく、駆動方式もＡＭ方式に限らない。ただし、検光子４２から出射する光の偏光方向は、図２９に示した色合成光学素子で利用する偏光方向に規定される。この点を考慮した上で、液晶のモードに応じて偏光子４１を透過する光の偏光方向が規定される。このような規定に基づき、偏光子４１および検光子４２の偏光軸の方向が決定される。

【0175】

図３０に示した表示素子を用いて、図２９に示した各色用の表示素子２２ａ〜２２ｃを形成する。各色の表示画像がスクリーン上で一致するように、各色用の液晶ライトバルブから投射レンズ２３までの光路長、および各色用の液晶ライトバルブの光軸に垂直な面内における位置が、微調機構を用いて調整されている。各色用の液晶ライトバルブの部品は、色合成光学素子２１との相対位置がずれないように固定されている。

【0176】

次に、図２９に示した光源２０ａ〜２０ｃの構成について具体的に説明する。

【0177】

図３１は、光源２０ａ〜２０ｃとして用いられる光源の基本的な構成を示すブロック図である。図３１を参照すると、光源は、基板上に発光部５１であるＬＥＤが実装されたＬＥＤモジュール５０を有する。基板は、放熱板としての機能を兼ね備えており、不図示のヒートシンクが取り付けられている。さらに、ＬＥＤモジュール５０に強制冷却装置を設けて、ＬＥＤの発光特性が安定するように温度制御を行う。

【0178】

投射型表示装置の電源のスイッチが入れられると、駆動回路５３が、発光部（ＬＥＤ）５１に駆動電流を供給する。電流が発光部（ＬＥＤ）５１に流れると、発光部（ＬＥＤ）５１が発光する。発光部（ＬＥＤ）５１からの光は、集光光学系５２により集光される。この集光光学系５２からの光束が表示素子に照射される。

【0179】

なお、集光光学系として、図３１ではレンズ形状の光学素子を用いているが、リフレクタのような反射型の光学素子を用いても構わない。また、表示素子に照射される光を均一にするためのインテグレータとして、フライアイレンズやガラスロッドを用いても良い。さらに、表示素子の偏光子で一方の偏光成分が損失するのを防止するために、偏光ビームスプリッタと１／２波長板を用いた偏光変換光学系など、一方の偏光成分を再利用する光学系を用いても良い。もちろん、ＬＥＤモジュール５０の発光部５１が偏光光を発生する光源であっても良く、あるいは発光部５１に偏光変換機能を設けて、発光部５１から偏光光が発生するように構成してもよい。いずれの形態も、既存の技術を組み合わせて任意に構成可能である。

【0180】

次に、光源２０ａ〜２０ｃのＬＥＤモジュールの具体的な構成について説明する。

【0181】

図３２Ａは、光源２０ａに用いられる赤用ＬＥＤモジュール６０の構成を示す模式図である。図３２Ａを参照すると、赤用ＬＥＤモジュール６０は、４つのＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄからなる発光部６１を有する。ＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄはいずれも、ピーク波長が６３０ｎｍである赤色ＬＥＤよりなり、それらのチップ面積はほぼ同じである。

【0182】

図３２Ｂは、光源２０ｂに用いられる緑用ＬＥＤモジュール７０の構成を示す模式図である。図３２Ｂを参照すると、緑用ＬＥＤモジュール７０は、４つのＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄからなる発光部７１を有する。ＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄはいずれも、ピーク波長が５２０ｎｍである緑色ＬＥＤよりなり、それらのチップ面積はほぼ同じである。

【0183】

図３２Ｃは、光源２０ｃに用いられる青用ＬＥＤモジュール８０の構成を示す模式図である。図３２Ｃを参照すると、青用ＬＥＤモジュール８０は、４つのＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｄからなる発光部８１を有する。ＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃはいずれも、ピーク波長が４６０ｎｍである青色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ８１ｄは、ピーク波長が５２０ｎｍである緑色ＬＥＤよりなる。ＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｄのチップ面積はほぼ同じである。

【0184】

上記のＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄ、７１ａ〜７１ｄ、８１ａ〜８１ｄを構成する赤色、緑色および青色のＬＥＤの発光スペクトルは、図６Ｂに示したものと同様である。

【0185】

各発光部６１、７１、８１の面積は、基本的に、前述のエテンデューの制約に基づき、表示素子の面積や投射レンズのＦナンバーによって決まるが、その面積決定に際しては、製造上の位置合わせマージンや照明光の照度分布の均一性を考慮する。

【0186】

赤用ＬＥＤモジュール６０、緑用ＬＥＤモジュール７０および青用ＬＥＤモジュール８０において、発光部を構成するＬＥＤチップは電流に対する発光特性が異なるので、その発光特性に応じて、図３１に示した駆動回路５３により発光部５１（ＬＥＤチップ）への電流量を制御する。

【0187】

また、定格駆動時における各色のＬＥＤの特性は、次のとおりである。赤色ＬＥＤの色度は、ｘｙ色度座標において（０．７００，０．３００）で与えられ、その出射光束は、１チップあたり４５５ｌｍである。緑色ＬＥＤの色度は、ｘｙ色度座標上で（０．１９５，０．７００）で与えられ、その出射光束は、１チップあたり１０００ｌｍである。青色ＬＥＤの色度は、ｘｙ色度座標上で（０．１４０，０．０４６）で与えられ、その出射光束は、１チップあたり１３３ｌｍである。

【0188】

以上の構成要素からなる本実施形態の投射型表示装置の動作を、図２９を参照して説明する。

【0189】

光源２０ａは図３２Ａに示した赤用ＬＥＤモジュール６０よりなり、この赤用ＬＥＤモジュール６０から出射した光は、図６Ｂに示したような赤色ＬＥＤの発光スペクトルを有する。光源２０ａからの光（赤）が赤用表示素子２２ａに照射される。

【0190】

光源２０ａからの光（赤）は、赤用表示素子２２ａにて入力映像信号に基づく画像（赤用）に応じた強度変調を受けた後、赤用表示素子２２ａからＳ偏光の画像光（赤）として色合成光学素子２１に入射する。

【0191】

第１のダイクロイックミラー２４ａは図６Ｂに示したようなＳ偏光に対する反射特性を有するので、赤用表示素子２２ａからのＳ偏光の画像光（赤）は、第１のダイクロイックミラー２４ａを透過する。第２のダイクロイックミラー２４ｂは、図７Ｂに示したようなＳ偏光に対する反射特性を有するので、赤用表示素子２２ａからのＳ偏光の画像光（赤）は、第２のダイクロイックミラー２４ｂで、その光路が９０度曲げられるように反射される。第２のダイクロイックミラー２４ｂで反射されたＳ偏光の画像光（赤）は、色合成光学素子２１の光出射面から出射される。

【0192】

光源２０ｂは図３２Ｂに示した緑用ＬＥＤモジュール７０よりなり、この緑用ＬＥＤモジュール７０から出射した光は、図６Ｂに示したような緑色ＬＥＤの発光スペクトルを有する。光源２０ｂからの光（緑）が緑用表示素子２２ｂに照射される。

【0193】

光源２０ｂからの光（緑）は、緑用表示素子２２ｂにて入力映像信号に基づく画像（緑用）に応じた強度変調を受けた後、緑用表示素子２２ｂからＰ偏光の画像光（緑）として色合成光学素子２１に入射する。

【0194】

第１のダイクロイックミラー２４ａは図６Ａに示したようなＰ偏光に対する透過特性を有するので、緑用表示素子２２ｂからのＰ偏光の画像光（緑）は、そのまま第１のダイクロイックミラー２４ａを透過する。第２のダイクロイックミラー２４ｂは図７Ａに示したようなＰ偏光に対する透過特性を有するので、緑用表示素子２２ｂからのＰ偏光の画像光（緑）は、そのまま第２のダイクロイックミラー２４ｂを透過する。両ダイクロイックミラー２４ａ、２４ｂを透過したＰ偏光の画像光（緑）は、そのまま色合成光学素子２１の出射面から出射される。

【0195】

光源２０ｃは図３２Ｃに示した青用ＬＥＤモジュール８０よりなり、この青用ＬＥＤモジュール８０から出射した光は、図６Ｂに示したような青色および緑色のＬＥＤの発光スペクトルを有する。光源２０ｃからの光（緑＋青）が青用表示素子２２ｃに照射される。

【0196】

光源２０ｃからの光（緑＋青）は、青用表示素子２２ｃにて入力映像信号に基づく画像（青用）に応じた強度変調を受けた後、青用表示素子２２ｃからＳ偏光の画像光として色合成光学素子２１に入射する。

【0197】

第２のダイクロイックミラー２４ｂは、図７Ｂに示したようなＳ偏光に対する反射特性を有するので、青用表示素子２２ｃからのＳ偏光の画像光（緑＋青）は、第２のダイクロイックミラー２４ｂを透過する。第１のダイクロイックミラー２４ａは、図６Ｂに示したようなＳ偏光に対する反射特性を有するので、青用表示素子２２ｃからのＳ偏光の画像光（緑＋青）は、第１のダイクロイックミラー２４ａで、その光路が９０度曲げられるように反射される。第１のダイクロイックミラー２４ａで反射されたＳ偏光の画像光（緑＋青）は、色合成光学素子２１の出射面から出射される。

【0198】

光源２０ａから出射し、赤用表示素子２２ａに入射する光は、±１５度程度の角度広がりを有している。同様に、光源２０ｂから出射し、緑用表示素子２２ｂに入射する光、および光源２０ｃから出射し、青用表示素子２２ｃに入射する光も、±１５度程度の角度広がりを有している。本実施形態によれば、緑色のＰ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２４ａと第２のダイクロイックミラー２４ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の緑色の光はそれらダイクロイックミラー２４ａ、２４ｂで反射することはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0199】

同様に、青色と緑色のＳ偏光と赤色のＳ偏光に対して、第１のダイクロイックミラー２４ａと第２のダイクロイックミラー２４ｂのカットオフ波長は十分に離れている。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、青色、緑色および赤色のＳ偏光の光を、それらダイクロイックミラー２４ａ、２４ｂにより、ほとんど損失することなく合成できる。

【0200】

上述のように、色合成光学素子２１は、赤用表示素子２２ａ、緑用表示素子２２ｂおよび青用表示素子２２ｃの３方向から入射した光を１つの光束に合成する。色合成光学素子２１で合成された光は、投射レンズ２３に入射する。投射レンズ２３によって、赤用表示素子２２ａ、緑用表示素子２２ｂおよび青用表示素子２２ｃのそれぞれで表示された画像（映像）が、不図示のスクリーン上に投影される。

【0201】

次に、本実施形態の投射型表示装置の効果を説明する。

【0202】

例えば、青用ＬＥＤモジュールの発光部を４つの青色ＬＥＤチップで構成し、緑用ＬＥＤモジュールの発光部を４つの緑色ＬＥＤチップで構成し、赤用ＬＥＤモジュールの発光部を４つの赤色ＬＥＤチップで構成する。このような青用、緑用、赤用の各ＬＥＤモジュールからの光束を合成した場合の、合成された全光束は、６３５２ｌｍ（＝（４５５＋１０００＋１３３）×４）である。

【0203】

ところが、上記の合成された白色の色度は（０．２９９，０．２７１）となり、標準イルミナントＤ６５の白色色度（０．３１３，０．３２９）から青紫色の方向に大きくずれることになる。この原因は、良好な白色を得るための光量比率に対して、緑色ＬＥＤの光出力が相対的に弱く、青色ＬＥＤの光出力が相対的に強いからである。

【0204】

ホワイトバランスをとるためには、緑の出射光束を増やす必要がある。定格の範囲内であれば、ＬＥＤに流れる電流を増大することで、出射光束を増やすことができる。しかし、緑色ＬＥＤからの出射光束を１０００ｌｍとした状態において、電流量を増大すると、定格を超えてＬＥＤを駆動することとなり、その場合、電流量の増大に応じた光束の増加は望めない。また、定格を超えてＬＥＤを駆動すると、ＬＥＤの寿命が短くなるだけでなく、場合によっては、ＬＥＤを破壊してしまう。

【0205】

上記のことから、通常は、緑色ＬＥＤチップの出射光束に合わせて、青色ＬＥＤチップの出射光束を１３３ｌｍから８０ｌｍに抑制するとともに赤色ＬＥＤチップの出射光束を４５５ｌｍから３６４ｌｍに抑制している。この場合、全光束は５７７６ｌｍとなり、明るさが９％低下することになる。

【0206】

一方、本実施形態の投射型表示装置では、図３２Ｃに示したように、青用ＬＥＤモジュール８０は、青色を発光する３個のＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃと、緑色を発光する１個のＬＥＤチップ８１ｄとから構成される。すなわち、この青用ＬＥＤモジュール８０では、上述の４つの青色ＬＥＤチップで構成される青用ＬＥＤモジュールと比較して、青色ＬＥＤチップの数を１個減らし、その代わりに、緑色を発光するＬＥＤチップが１個配置されている。

【0207】

また、本実施形態の投射型表示装置では、図３２Ａに示したように、赤用ＬＥＤモジュール６０は、赤色を発光する４個のＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄからなり、図３２Ｂに示したように、緑用ＬＥＤモジュール７０は、緑色を発光する４個のＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄからなる。したがって、緑色ＬＥＤチップの数は、緑用ＬＥＤモジュール７０に設けられた４個のＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄと、青用ＬＥＤモジュール８０に用いられた１個のＬＥＤチップ８１ｄとの合計５個となる。また、青色ＬＥＤチップの数は３個となり、赤色ＬＥＤチップの数は４個となる。これら赤色、緑色および青色の各ＬＥＤを全て定格で駆動した場合に、白色色度は、標準イルミナントＤ６５の白色色度（０．３１３，０．３２９）が得られる。しかも、全光束は７２１９ｌｍとなり、上述の５７７６ｌｍに対し２５％向上できる。

【0208】

図３２Ｃに示した青用ＬＥＤモジュールを備える光源２０ｃから出射された色光の色度は、ｘｙ色度座標の（０．１４８、０．１３９）で与えられる。これは、原色の青から少し明るい青にシフトすることを意味する。ただし、明るい視環境では、そのような色度のシフトによる影響は気にならない。また、映像信号処理時に、色補正すれば、中間色の色度変化の影響を小さくすることができる。

【0209】

以上説明したように、本実施形態によれば、ＬＥＤの光出力性能を最大限に発揮させ、混色時の光利用効率が高く、しかもホワイトバランスに優れた白色光を得ることが可能な色合成光学素子を用いて、明るい投射画像を表示できる投射型表示装置を得られる。

【0210】

本実施形態では、色合成光学素子として第１の実施形態に示したクロスダイクロイックプリズムを用いたが、赤色ＬＥＤの光出力特性が青色ＬＥＤよりも優れている場合には、第２の実施形態に示したクロスダイクロイックプリズムを用いてもよい。この場合は、緑色を発光する４個のＬＥＤチップが緑用ＬＥＤモジュールに実装され、青色を発光する４個のＬＥＤチップが青用ＬＥＤモジュールに実装され、赤色を発光する３個のＬＥＤチップと緑色を発光する１個のＬＥＤチップが赤用ＬＥＤモジュールに実装される。

【0211】

この他にも、緑用ＬＥＤモジュールにおいて、緑色ＬＥＤの数を減らし、赤色や青色のＬＥＤを加えても良い。

【0212】

図３２Ｃに示した青用ＬＥＤモジュールは、３個の青色のＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃと１個の緑色のＬＥＤチップ８１ｄが基板に実装されたものとされているが、この構成に限定されない。チップ面積が１／４である４個の緑色ＬＥＤを用い、これらを発光部の四隅など、対称形になるように配置してもよい。これにより、出射光の混色がより良好になる。

【0213】

また、図３２Ａ〜図３２Ｃに示した各色用のＬＥＤモジュールはいずれも、４個のＬＥＤチップを基板に実装したものであるが、これに限定されない。単一の色光を発生するＬＥＤモジュールに実装されるＬＥＤチップは、面積が４倍の１個のＬＥＤチップを実装しても良い。２色の色光を発生するＬＥＤモジュールに実装されるＬＥＤチップの数は２個以上であればよい。重要なのは、ＬＥＤチップの数ではなく、チップ面積である。混色比率との兼ね合いで、ＬＥＤモジュールに実装されるＬＥＤチップのチップ面積を設定することが望ましい。面積が小さなＬＥＤチップを用いることで、より細かい混色比率でチップ面積を設定できる。

【0214】

もちろん、青色ＬＥＤの光出力特性がさらに高ければ、図３２Ｃに示した青用ＬＥＤモジュールにおいて、２個の青色のＬＥＤチップを２個の緑色のＬＥＤチップで置き換えてもよい。このように、使用するＬＥＤの光出力特性に応じて、ＬＥＤモジュールを適宜設計することが望ましい。

【0215】

また、１つの基板に複数のＬＥＤチップを実装するのではなく、1つずつ実装したものを複数個用いて、導光板などの光学的手段を用いて合成しても良い。

【0216】

さらに、絶対光量を増加させるために、背景技術で説明したダイクロイックミラーやホログラムを用いてピーク波長の異なる複数の色光を合成する手段を併用しても良い。

【0217】

以上の説明では簡単のために、各色の表示素子、色合成光学素子、投射レンズに、波長に依存した損失が生じないものとして、各光源から出射する光束の光量の比率を用いて説明した。実際には、色によって透過特性が異なる構成部品もあるので、全白画面を表示したときに、投射レンズから出射する各色の光束の光量比率で、ＬＥＤチップの面積比率を設定するのが望ましい。

【0218】

（第６の実施形態）
図３３は、本発明の第６の実施形態である投射型表示装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の投射型表示装置は、第５の実施形態の投射型表示装置の構成に制御手段９０を加えたものである。光学系に関わる構成要素は、全て第５の実施形態と同じである。

【0219】

本実施形態の投射型表示装置は、色再現性を優先したカラー画像表示を行う第１の表示モードと、明るさを優先したカラー画像表示を行う第２の表示モードとの切り替えが可能とされている。制御手段９０は、第１および第２の表示モードのうちから設定された表示モードに応じたカラー画像表示を実行する。

【0220】

第１の表示モード（色再現性を優先したカラー画像表示）では、制御手段９０は、青用ＬＥＤモジュール８０に実装されたＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃ（青色ＬＥＤチップ）およびＬＥＤチップ８１ｄ（緑色ＬＥＤチップ）のうち、ＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃは点灯させるが、ＬＥＤチップ８１ｄは点灯させない。また、制御手段９０は、緑用ＬＥＤモジュール７０に実装されたＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄおよび赤用ＬＥＤモジュール６０に実装されたＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄをそれぞれ点灯させ、緑用ＬＥＤモジュール７０に実装されたＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄの出射光束に合わせて、青用ＬＥＤモジュール８０に実装されたＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃおよび赤用ＬＥＤモジュール６０に実装されたＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄのそれぞれの光出力を抑制してホワイトバランスをとる。この状態で、制御手段９０は、各色用のＬＥＤモジュールからの出射光束を用いた画像表示を行わせる。

【0221】

第１の表示モードにおける赤、緑、青の各色の色度および光束は、例えば次のような値となる。赤の色度は（０．７００，０．３００）であり、赤用ＬＥＤモジュール６０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄ全体で１４５６ｌｍである。緑の色度は（０．１９５，０．７００）であり、緑用ＬＥＤモジュール７０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄ全体で４０００ｌｍである。青の色度は（０．１４０，０．０４６）であり、青用ＬＥＤモジュール８０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃ全体で３２０ｌｍである。このような条件で白表示を行った場合、色度（０．３１３，０．３２９）が得られ、各色用のＬＥＤモジュールからの全光束は５７７６ｌｍである。このように、第１の表示モードによれば、三原色の色は優れているが、明るさが低い。

【0222】

一方、第２の表示モード（明るさを優先したカラー画像表示）では、制御手段９０は、青用ＬＥＤモジュール８０に実装されたＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃ（青色ＬＥＤチップ）およびＬＥＤチップ８１ｄ（緑色ＬＥＤチップ）、緑用ＬＥＤモジュール７０に実装されたＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄ、および赤用ＬＥＤモジュール６０に実装されたＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄを全て点灯させる。また、制御手段９０は、緑用ＬＥＤモジュール７０に実装された各ＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄからの出射光束と青用ＬＥＤモジュール８０に実装されたＬＥＤチップ８１ｄからの出射光束とを含む緑色の全光束に合わせて、青用ＬＥＤモジュール８０に実装された各ＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃおよび赤用ＬＥＤモジュール６０に実装された各ＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄのそれぞれの光出力が、ホワイトバランスをとることが可能な最大出力となるように制御する。この状態で、制御手段９０は、各色用のＬＥＤモジュールからの出射光束を用いた画像表示を行わせる。

【0223】

第２の表示モードにおける赤、緑、青の各色の色度および光束は、例えば次のような値となる。赤の色度は（０．７００，０．３００）であり、赤用ＬＥＤモジュール６０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ６１ａ〜６１ｄ全体で１８２０ｌｍである。緑の色度は（０．１９５，０．７００）であり、緑用ＬＥＤモジュール７０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ７１ａ〜７１ｄ全体で４０００ｌｍである。青の色度は（０．１４８、０．１３９）であり、青用ＬＥＤモジュール８０からの出射光束は、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ８１ａ〜８１ｃ全体で得られる３９９ｌｍに、当該モジュールに実装されたＬＥＤチップ８１ｄで得られる１０００ｌｍを加えた１３９９ｌｍである。このような条件で白表示を行った場合、色度（０．３１３，０．３２９）が得られ、各色用のＬＥＤモジュールからの全光束は７２１９ｌｍである。このように、第２の表示モードによれば、青色の原色は劣化するが、明るい画像が得られる。

【0224】

次に、制御手段９０の構成を具体的に説明する。

【0225】

図３４は、制御手段９０の構成を示すブロック図である。なお、図３４においては、便宜上、制御手段９０の他に、光源１００および表示素子２００が示されている。光源１００は、図３３に示した光源２０ａ〜２０ｃとして用いられるものであり、表示素子２００は、図３３に示した表示素子２２ａ〜２２ｃとして用いられるものである。

【0226】

光源１００は、ＬＥＤモジュール１０１および集光光学系１０２を有する。ＬＥＤモジュール１０１の発光部１０１ａからの光は集光光学系１０２にて集光され、この集光された光束で表示素子２００が照明される。この光源１００の構成は、図３１に示した光源と同様である。

【0227】

表示素子２００は、液晶ライトバルブ２０２と、液晶ライトバルブ２０２の入射面側（光源側）に設けられた偏光子２０１と、液晶ライトバルブ４０の出射面側（色合成光学素子側）に設けられた検光子２０３とを有する。この表示素子２００の構成は、図３０に示した表示素子と同様である。

【0228】

制御手段９０は、表示モード決定回路９１、検出手段９２、入力手段９３、映像信号処理回路９４および駆動回路９５、９６を有する。

【0229】

入力映像信号が、映像信号処理回路９４に供給される。映像信号処理回路９４は、明るさ補正や色補正などの映像信号処理を行う。映像信号処理が施された信号が、映像信号処理回路９４から駆動回路９６に供給される。

【0230】

駆動回路９６は、映像信号処理回路９４からの信号に液晶ライトバルブ２０２を駆動するためのＤ／Ａ変換や極性変換などの処理を施し、各画素に設けられたＴＦＴに駆動信号を供給する。

【0231】

表示モード決定回路９１は、検出手段９２、入力手段９３および映像信号処理回路９４からの信号に基づいて表示モード決定処理を行う。駆動回路９５は、表示モード決定回路９１にて決定された表示モードに応じてＬＥＤモジュール１０１を駆動する。

【0232】

表示モード決定回路９１による表示モード決定処理には、マニュアル入力に基づく表示モード決定処理と、設置環境適応型の表示モード決定処理と、画像内容適応型の表示モード決定処理の３つがある。

【0233】

（１）マニュアル入力：
入力手段９３は、複数の操作ボタンを有する。本実施形態の投射型表示装置では、表示モードを選択するためのモード選択画面情報が不図示の記憶装置に格納されており、電源投入後、または、入力手段９３にて所定の操作ボタンが押された場合に、制御手段９０が、その記憶装置に格納されたモード選択画面情報に基づく画面をスクリーン上に投射させるための表示制御を行う。操作者は、入力手段９３を通じて、スクリーン上に投射されたモード選択画面上で第１および第２の表示モードのいずれかを選択することができる。

【0234】

入力手段９３にて表示モードを選択するための入力操作が行われると、その入力操作に応じたモード選択信号が、入力手段９３から表示モード決定回路９１に供給される。表示モード決定回路９１は、入力手段９３からのモード選択信号に基づいて、第１および第２の表示モードのうちから表示モードを決定する。

【0235】

（２）設置環境適応型：
検出手段９２は、部屋の明るさを検出する第１のセンサー（光センサー）、または、スクリーンに表示された白画面または黒画面の明るさもしくは両画面の明るさを検出する第２のセンサーを有する。

【0236】

表示モード決定回路９１は、第１のセンサーの検出値と基準値を比較する。第１のセンサーの検出値が基準値より小さい場合は、表示モード決定回路９１は、部屋が暗いと判定し、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。第１のセンサーの検出値が基準値以上である場合は、表示モード決定回路９１は、部屋が明るいと判定し、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。

【0237】

また、表示モード決定回路９１は、第２のセンサーの検出値に基づき、投射画面の明るさを判定する。具体的には、表示モード決定回路９１は、第２のセンサーの検出値（白画面または黒画面の明るさ）と基準値を比較する。

【0238】

まず、色再現性を優先したカラー画像表示を行う第１の表示モードで、スクリーン上に白画面と黒画面を表示する。第２のセンサーで黒画面の明るさを測定した検出値が基準値より小さい場合は、部屋の明るさが暗いと判定し、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。次に、黒画面の明るさを測定した検出値が基準値より大きい場合は、部屋の明るさが明るい場合であり、この場合、白画面の明るさを測定した検出値も参照する。投射画像の拡大倍率が小さい場合は、投射画面は明るくなる。すなわち、白画面の明るさを測定した検出値と黒画面の明るさを測定した検出値との差、あるいは比が基準値より大きければ投射画面は十分に明るいと判定し、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。逆に、白画面の明るさを測定した検出値と黒画面の明るさを測定した検出値との差、あるいは比が基準値より小さければ投射画面は暗いと判定し、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。

【0239】

一般に、投射型表示装置では、スクリーンに拡大する倍率が大きいと、投射画面は暗くなり、反対に、拡大倍率が小さいと、投射画面は明るくなる。したがって、拡大倍率に基づいて表示モードを決定してもよい。具体的には、投射レンズの拡大倍率（ズーム倍率）を検出する手段を設け、表示モード決定回路９１は、その検出された拡大倍率と基準値を比較する。拡大倍率が基準値より大きい場合は、表示モード決定回路９１は、投射画面が暗いと判定し、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。拡大倍率が基準値以下である場合は、表示モード決定回路９１は、投射画面が明るいと判定し、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。

【0240】

なお、黒画面の明るさは部屋の明るさと等価であるが、スクリーンの近くだけ部屋を暗くする場合があるので、スクリーン面の明るさで表示モードを決定することが好ましい。

【0241】

また、投射レンズのズーム倍率とフォーカス位置（すなわち投射距離）を検出する手段を設け、表示モード決定回路９１が、それらの検出結果に基づいて、投射画面サイズを推定し、この推定値を用いて、画面の明るさを特定しても良い。

【0242】

（３）画像内容適応型：
また、映像信号処理回路９４は、入力映像信号から画像データのヒストグラムをとり、そのヒストグラムに基づいて、暗い画面が多い、または、明るい画面が多いかを判定し、その判定結果を表示モード決定回路９１に供給する。画面が暗いか、明るいかの判断は、例えば、次のようにして行う。ヒストグラムの横軸（輝度レベル）の基準輝度レベル（例えば、最大輝度レベルと最小輝度レベルの中間の輝度レベル）に基づいて、ヒストグラムを基準輝度レベルよりも低い部分と、基準輝度レベルよりも高い部分に分け、どちらの部分が多いかを調べることで、画面が暗いか、明るいかの判断を行う。

【0243】

表示モード決定回路９１は、映像信号処理回路９４から、暗い画面が多い旨を示す信号を受信した場合は、映画などフルカラー映像が要求される画面であると判定し、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。また、表示モード決定回路９１は、映像信号処理回路９４から、明るい画面が多い旨を示す信号を受信した場合は、会議などにおけるプレゼンテーション画面であると判定し、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。

【0244】

また、映像信号処理回路９４は、入力映像信号が動画と静止画のいずれのものであるかを判定し、その判定結果を表示モード決定回路９１に供給してもよい。この場合、表示モード決定回路９１は、入力映像信号が動画である旨の判定結果（信号）を映像信号処理回路９４から受信すると、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。表示モード決定回路９１は、入力映像信号が静止画である旨の判定結果（信号）を映像信号処理回路９４から受信すると、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。

【0245】

また、映像信号処理回路９４は、入力映像信号に基づく画像が、赤、緑、青の原色のうちの特定の色の原色（例えば青色の原色）が多く含まれている画像であるか否かを調べ、その結果を表示モード決定回路９１に供給する。特定の色の原色（例えば青色の原色）が多く含まれているか否かの判定は、特定の色のヒストグラムと他の色のヒストグラムを比較することで判断することができる。具体的には、映像信号処理回路９４は、入力映像信号から画像データのヒストグラムを赤、緑、青の各色についてとり、これらの色のうち、特定の色のヒストグラムの輝度レベルが他の色のヒストグラムの輝度レベルより高い場合に、画像データに基づく画像が、特定の色を多く含むと判定する。

【0246】

表示モード決定回路９１は、特定の色の原色（例えば青色の原色）が多く含まれている画像である旨の信号を映像信号処理回路９４から受信した場合は、色再現性を優先したカラー画像表示が行われる第１の表示モードに決定する。表示モード決定回路９１は、特定の色の原色（例えば青色の原色）が多く含まれている画像でない旨の信号を映像信号処理回路９４から受信した場合は、明るさを優先したカラー画像表示が行われる第２の表示モードに決定する。

【0247】

上述のヒストグラムに基づく画面の判定（画面の明るさや原色の判定）は、表示シーンが変わったとき、すなわち画像データのヒストグラムが大きく変わったときに行う。

【0248】

上述の表示モードを決定する方法は一例であって、適宜設定することが可能である。

【0249】

表示モードが決定されると、表示モード決定回路９１は、決定された表示モードに基づく制御信号を駆動回路９５および映像信号処理回路９４に送る。駆動回路９５は、表示モード決定回路９１からの制御信号に従ってＬＥＤモジュール１０１を駆動する電流値を変更する。同時に、映像信号処理回路９４は、表示モード決定回路９１からの制御信号に従って色補正処理などの画像処理を変更する。

【0250】

図３４に示した構成において、光源１００、表示素子２００および駆動回路９５、９６は、赤、緑、青の色毎に３つ設けられる。この場合、表示モード決定回路９１は、決定された表示モードに基づく制御信号を各色の駆動回路９５に供給する。映像信号処理回路９４は、表示モード決定回路９１からの制御信号に従って色補正処理などの画像処理を変更し、変更後の画像処理に従った駆動信号を各色の駆動回路９６に供給する。

【0251】

上記の説明において、表示モードは、色再現性を優先したカラー画像表示と、明るさを優先したカラー画像表示の２つのモードであるが、それらの中間のモードを複数設けても構わない。

【0252】

上述した各実施形態による本発明によれば、以下のような作用効果を奏する。以下では、前述した特許文献１〜１１の技術における問題点とともに本発明の作用効果を説明する。

【0253】

特許文献１に開示されている、色再現性を優先したカラー画像の表示モードと、明るさを優先したカラー画像の表示モードとを切替えることが可能な表示装置において、光源に高圧水銀灯のような放電ランプの白色光源ではなく、ＬＥＤのような固体光源を用いる場合、以下のような課題がある。

【0254】

白色光を発生する白色ＬＥＤ光源には、黄色の光を発光する蛍光体を青色の光で励起して、青色と黄色の光で白色光を得るタイプのものと、赤色、緑色、青色の光を発光する蛍光体を紫外光で励起して白色光を得るタイプのものがある。

【0255】

前者のタイプの白色光源を用いる場合、緑色と赤色の光量が青色や黄色に比べて相対的に小さいので、色再現性を優先したカラー画像の表示モードのときに、投射画像が極端に暗くなってしまう。

【0256】

後者のタイプの白色光源を用いる場合、黄色の光量が少ないので、明るさ優先モードにおいて、明るさ向上効果が得られない。

【0257】

さらに、色選択素子を機械的に移動しなければならないことから、構成部品が増加し、構成が複雑になるばかりでなく、コストアップの要因になる。

【0258】

特許文献２や特許文献３のように、副の照明光を用いて明るさを補う場合には、置き換えた基の光は利用されないことに加えて、置き換える際に光損失が発生するので、光利用効率が必ずしも向上しない。

【0259】

白色ＬＥＤ光源ではなく、赤、緑、青の三原色の光をそれぞれ発光する３種類のＬＥＤ光源を使う場合、色再現性優先モードでは、優れた色再現性が得られるが、明るさ優先モードにおいて、加えるべき黄色の光を発光するＬＥＤを別途配置しなければならない。

【0260】

また、特許文献５〜８に示されているように、白色光の帯域内の４色、あるいは６色の光を合成する場合も、同様に、明るい光束を得ようとする場合には、平行光束以外の光が発生するため、入射角依存性や偏光依存性による光の合成効率が低下する。しかも、角度成分によって複数の色の合成される比率が異なると、投射画面上で色むらとなって現れる。

【0261】

特に、特許文献５や特許文献７、８のように、２種類の色のＬＥＤからの光が同一方向から供給される場合には、平行光束のままでは、色光が混ざらないので、それぞれの色を均一に混色させるために、角度広がりを持たせなければならい。しかし、逆に角度広がりを持たせると、ダイクロイックミラーの入射角依存性により、他の方向から入射する光と混色する際の損失が生じる。このように、それぞれの色を均一に混色させるために、角度広がりを持たせる必要がある一方で、角度広がりを持たせると、入射角依存性による損失が生じるというトレードオフが生じる。

【0262】

本発明の一態様による色合成光学素子は、
出射面と、
第１乃至第３の入射面と、
互いの膜面が交差するように設けられ、入射光をその波長に応じて選択的に反射または透過する第１および第２の膜と、を有し、
前記第１の膜は、第１の偏光の可視光のうち、特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第１の偏光とは偏光状態が異なる第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも反射し、
前記第２の膜は、前記第１の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、前記第２の偏光の可視光のうち、前記特定の波長帯域の光を少なくとも透過し、
前記第１および第２の膜の前記第２の偏光に対するカットオフ波長が、光の三原色である赤色、緑色、青色の波長帯域以外の帯域の範囲内に設定され、
前記第１の偏光の前記特定波長帯域の光と前記第２の偏光の前記特定波長の光が前記第１乃至第３の入射面の異なる入射面から入射して前記第１および第２の膜を介して前記出射面から出射される。

【0263】

上記の構成によれば、例えば、緑色のＰ偏光に対して、第１の膜（例えばダイクロイックミラー）と第２の膜（例えばダイクロイックミラー）のカットオフ波長が十分に離れた構成を提供することができる。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｐ偏光の緑色の光がそれら膜にて反射されることはない。よって、入射角依存性による損失は生じない。

【0264】

また、例えば、緑色のＳ偏光と赤色のＳ偏光に対して、第１の膜と第２の膜のカットオフ波長が十分に離れた構成を提供することができる。したがって、カットオフ波長が入射角依存性によりシフトしても、Ｓ偏光の赤色と緑色の光を、ほとんど損失することなく、それら膜にて合成できる。

【0265】

したがって、平行光とは異なる角度で入射する光に対しても、効率よく色光を合成するこことができる。

【0266】

一般に、赤色、緑色、青色の各光源としてＬＥＤのような半導体光源を用い、各半導体光源からの赤色、緑色、青色の光を合成してホワイトバランスに優れた白色光を得る場合、赤色、緑色、青色の光の混色比率に対して、青色の光出力が他の色に比べて大きく、緑色の光出力が他の色に比べて小さい。この場合、光出力が相対的に小さい緑色の半導体光源に合わせて、青色と赤色の半導体光源の光出力を抑制させるため、得られる白色光の光出力も小さいものになってしまう。

【0267】

本発明の色合成光学素子によれば、緑色の光を異なる２方向から合成することができる。しかも、光出力が相対的に大きい青色の光量を減らして、緑色の光を加える構成となっている。したがって、最適な混色比率で三原色を合成でき、ホワイトバランスに優れた白色光が得られる。加えて、３色のＬＥＤの光出力を抑制することなく最大限に発揮させることが可能である。

【0268】

このように、本発明によれば、ＬＥＤの光出力性能を最大限に発揮させ、混色時の光利用効率を高くすることができ、しかもホワイトバランスに優れた白色光を得ることができる。

【0269】

また、本発明の色合成光学素子を用いることで、明るい投射画像が得られる投射型表示装置を提供することができる。

【0270】

さらには、本発明の色合成光学素子を用いることで、色再現性を優先したカラー画像表示と、明るさを優先したカラー画像表示とを切替えることが可能な、利便性に優れた投射型表示装置を提供することができる。

【0271】

以上説明した各実施形態の色合成光学素子およびそれを用いた投射型表示装置は、本発明の一例であって、その構成および動作は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で当業者が理解し得る様々な変更を行うことができる。

【0272】

例えば、第３および第４の実施形態の色合成光学素子を第５または第６の実施形態の投射型表示装置に適用してもよい。

【0273】

また、第１から第６の実施形態において、Ｐ偏光とＳ偏光の関係を反対の関係（Ｐ偏光の記載をＳ偏光の記載とし、Ｓ偏光の記載をＰ偏光の記載とする）としてもよい。

【0274】

第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーは、誘電体多層膜に限らず、ホログラムなどの波長選択性や偏光選択性のある光学膜でもよい。

【0275】

また、第１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラーの交差角度は９０度に限らない。さらにプリズムの形状ではなく、板状のガラス等に膜を形成してもよい。

【0276】

さらに、第１から第６の実施形態において、ＬＥＤに代えて半導体レーザー等の別の固体光源を用いてもよい。

【0277】

さらに、第１から第６の実施形態において、表示素子は液晶ライトバルブ以外のもの、例えば、デジタルミラーデバイスを用いた表示素子であってもよい。

【0278】

また、第１から第４の実施形態の色合成光学素子は、第５および第６の実施形態のような３板式のプロジェクタだけでなく、単板式のプロジェクタにも適用することが可能である。

【0279】

この出願は、２００９年９月２８日に出願された日本出願特願２００９−２２２３５５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図25A】

【図25B】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図28A】

【図28B】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32A】

【図32B】

【図32C】

【図33】

【図34】