(57)【要約】【課題】マイクロレンズアレイによって光束の利用効率を高めつつ、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを抑えてコントラストを向上させたプロジェクターを提供すること。【解決手段】入射側偏光板としての第１偏光板６１と射出側偏光板としての第２偏光板６２との間に配置されたレンズ用光学補償部８２が、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の変化を補償するので、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れを抑えることができ、液晶ライトバルブ２５ａによって形成される投射画像のコントラストを向上させることができる。【選択図】図２
2010217360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側の部分にマイクロレンズアレイを有する液晶デバイスと、
前記液晶デバイスの光入射側に配置される入射側偏光板と、
前記液晶デバイスの光射出側に配置される射出側偏光板と、
前記入射側偏光板と前記射出側偏光板との間に配置され、前記マイクロレンズアレイによる偏光状態の変化を補償するレンズ用光学補償部と
を備えるプロジェクター。
【請求項２】
前記レンズ用光学補償部は、１／２波長板と、ゼロの屈折力を有するレンズ群とを有する、請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記液晶デバイスの光路下流側に、前記１／２波長板と前記レンズ群とを光路下流に向けて順に配置した、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項４】
前記マイクロレンズアレイの光路上流側に、前記レンズ群と前記１／２波長板とを光路下流に向けて順に配置した、請求項２に記載のプロジェクター。
【請求項５】
前記液晶デバイスの位相特性を補償する液晶用光学補償部をさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
【請求項６】
前記レンズ用光学補償部は、前記液晶デバイスと前記液晶用光学補償部とを一組とするユニットの外側に配置される、請求項５に記載のプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成用の液晶デバイスを組み込んだプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターとして、光源と、光変調装置と、投射レンズとを備え、光変調装置を構成する液晶デバイスにおいて、入射光の利用効率を高めるために、光入射側の部分にマイクロレンズアレイを配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、別のプロジェクターとして、光源と、第１光変調装置と、リレーレンズと、第２光変調装置と、投射レンズとを備え、両光変調装置の間にリレーレンズに隣接して、偏光状態を補償するための偏光補償光学系を組み込んだものが存在する（特許文献２参照）。この偏光補償光学系を構成するレクチファイアは、１／２波長板と、屈折力のないレンズとを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１９３０７号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マイクロレンズアレイを配置した液晶デバイスでは、屈折面でＰ波とＳ波の反射率が異なることに起因して、液晶層に入射する光束の偏光状態がレンズ面で乱れてしまう。このような偏光状態の乱れは、高精度の液晶ライトバルブの場合、コントラスト向上の妨げとなる。
【０００６】
なお、２段の光変調装置間にレクチファイアを配置する方法でも、個々の光変調装置を構成する液晶デバイスにマイクロレンズアレイを組み込んだ場合、マイクロレンズアレイでの偏光状態の乱れによってコントラストが低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、マイクロレンズアレイによって光束の利用効率を高めつつ、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを抑えてコントラストを向上させたプロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、光入射側の部分にマイクロレンズアレイを有する液晶デバイスと、液晶デバイスの光入射側に配置される入射側偏光板と、液晶デバイスの光射出側に配置される射出側偏光板と、入射側偏光板と射出側偏光板との間に配置され、マイクロレンズアレイによる偏光状態の変化を補償するレンズ用光学補償部とを備える。なお、プロジェクターは、一般に、液晶デバイスを照明するための光源装置と、液晶デバイス等によって形成された画像を拡大投射するための投射レンズとをさらに備える。
【０００９】
上記プロジェクターでは、入射側偏光板と射出側偏光板との間に配置されたレンズ用光学補償部が、マイクロレンズアレイによる偏光状態の変化を補償するので、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを抑えることができ、液晶デバイス、入射側偏光板、射出側偏光板等で構成される液晶ライトバルブによる投射画像のコントラストを向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、レンズ用光学補償部が、１／２波長板と、ゼロの屈折力を有するレンズ群とを有する。この場合、レンズ群によってマイクロレンズアレイと同様に偏光状態を変化させ、１／２波長板によってマイクロレンズアレイ又はレンズ群を通過する際の偏光状態の変化を反転させれば、双方を通過した光束については、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れと、レンズ群による偏光状態の乱れとが相殺され、マイクロレンズアレイに起因する偏光状態の変化の補償が達成される。
【００１１】
本発明の別の態様では、液晶デバイスの光路下流側に、１／２波長板とレンズ群とを光路下流に向けて順に配置している。この場合、１／２波長板で液晶デバイス中のマイクロレンズアレイによる偏光状態の変化を反転させ、レンズ群によってマイクロレンズアレイと同様の偏光状態の変化を生じさせれば、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを相殺することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の態様では、マイクロレンズアレイの光路上流側に、レンズ群と１／２波長板とを光路下流に向けて順に配置している。この場合、１／２波長板でレンズ群による偏光状態の変化を反転させれば、液晶デバイス中のマイクロレンズアレイによってレンズ群による偏光状態の乱れを相殺することになる。結果的に、レンズ群及び１／２波長板によって、マイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを相殺することができる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様では、液晶デバイスの位相特性を補償する液晶用光学補償部をさらに備える。この場合、液晶用光学補償部によって液晶デバイスを構成する液晶のプレチルト等に起因するリタデーションを補償することができ、投射画像のコントラストをさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、レンズ用光学補償部が、液晶デバイスと液晶用光学補償部とを一組とするユニットの外側に配置される。この場合、液晶デバイスに対して液晶用光学補償部を優先的に機能させて液晶のリタデーションを確実に補償して視野角特性の向上等を図るとともにマイクロレンズアレイによる偏光状態の乱れを併せて補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態のプロジェクターの光学系を説明する図である。
【図２】図１のプロジェクターを構成する液晶ライトバルブの拡大断面図である。
【図３】図２の液晶ライトバルブのうち液晶デバイスの拡大断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、図２中のレンズ用光学補償部の機能を説明する図であり、（Ｆ）は、比較例を説明する図である。
【図５】第２実施形態のプロジェクターを構成する液晶ライトバルブの拡大断面図である。
【図６】第３実施形態のプロジェクターを構成する液晶ライトバルブの拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る第１実施形態のプロジェクターの光学系の構成を説明する概念図である。
【００１７】
本プロジェクター１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を青緑赤の３色に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５から射出された各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ２９とを備える。
【００１８】
以上のプロジェクター１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等であるランプ本体２２ａと、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅは、マトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、詳細は省略するが、ＰＢＳ及びミラーを組み込んだプリズムアレイと、当該プリズムアレイに設けた射出面上にストライプ状に貼り付けられる波長板アレイとを備える。この偏光変換部材２１ｇは、レンズアレイ２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系２３を通って、各色の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを構成する各色の液晶パネル６３（図２参照）を均一に重畳照明する。
【００１９】
色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、青緑赤の３色のうち例えば青（Ｂ）色を透過させ、緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を反射する。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した緑赤の２色のうち例えば緑（Ｇ）色を反射し、赤（Ｒ）色を透過させる。これにより、光源光を構成するＢ光、Ｇ光、及びＲ光は、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３にそれぞれ導かれ、異なる照明対象にそれぞれ入射する。具体的に説明すると、光源装置２１からの光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。この第１ダイクロイックミラー２３ａを通過したＢ光は、反射ミラー２３ｍを経て、液晶ライトバルブ２５ａに対向するフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射されたＧ光は、液晶ライトバルブ２５ｂに対向するフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過したＲ光は、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、液晶ライトバルブ２５ｃに対向するフィールドレンズ２３ｈに入射する。なお、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈは、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射する照明光の入射角度を調節する機能を有する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の近傍に形成された像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を有する。
【００２０】
光変調部２５は、上記した各色用の３つの光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して、３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備える。各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。ここで、第１光路ＯＰ１に配置されたＢ色用の液晶ライトバルブ２５ａは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｆの後段に配置されており、第１ダイクロイックミラー２３ａを透過したＢ光によって均一に照明される。Ｂ色用の液晶ライトバルブ２５ａは、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換し、このような第２偏光方向の変調光を選択的に出射する。第２光路ＯＰ２に配置されたＧ色用の液晶ライトバルブ２５ｂは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｇの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されたＧ光によって均一に照明される。Ｇ色用の液晶ライトバルブ２５ｂは、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換し、このような第２偏光方向の変調光を選択的に出射する。第３光路ＯＰ３に配置されたＲ色用の液晶ライトバルブ２５ｃは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｈの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過したＲ光によって均一に照明される。Ｒ色用の液晶ライトバルブ２５ｃは、紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて部分的に紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光に変換し、このような第２偏光方向の変調光を選択的に出射する。なお、第２光路ＯＰ２において、液晶ライトバルブ２５ｂの次段に近接して配置されている１／２波長板２５ｐは、液晶ライトバルブ２５ｂを通過した紙面に垂直な第２偏光方向の直線偏光の偏光方向を９０°回転させて紙面に平行な第１偏光方向の直線偏光に切り換える。
【００２１】
クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成光学系に相当するものであり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対のダイクロミラー２７ａ，２７ｂが形成されている。両ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロミラー２７ａはＢ光を反射し、他方の第２ダイクロミラー２７ｂはＲ光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム２７は、液晶ライトバルブ２５ａからの変調後のＢ光を第１ダイクロミラー２７ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ２５ｂからの変調後のＧ光を第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ２５ｃからの変調後のＲ光を第２ダイクロミラー２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。なお、既に説明したように、第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、紙面に垂直な第２偏光方向に偏光したＢ及びＲ光を反射し、両ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、紙面に平行な第１偏光方向に偏光したＧ光を透過させる。これにより、クロスダイクロイックプリズム２７におけるＢＧＲ光の合成効率を高めることができ、色ムラの発生を抑えることができる。
【００２２】
投射レンズ２９は、投射光学系として、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。
【００２３】
図２は、Ｂ色用の液晶ライトバルブ２５ａ等の構造を説明する側方断面図である。この液晶ライトバルブ２５ａは、入射側に第１偏光板６１を備え、出射側に第２偏光板６２を備え、両偏光板６１，６２の間に、システム光軸ＳＡに沿って順に、液晶パネル６３と、液晶用光学補償板６４と、位相差板６６と、複合光学素子６７とを備える。ここで、位相差板６６と、複合光学素子６７とは、後述するマイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の変化を補償するためのレンズ用光学補償部８２を構成する。なお、これらの光学要素６１，６２，６３，６４，６６，６７の光入射面や光出射面には、例えば反射防止コートが施されており迷光の発生等が防止されている。
【００２４】
第１偏光板６１は、液晶パネル６３の入射側に配置される入射側偏光板であり、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行になっている。第１偏光板６１は、これに組み込んだ樹脂製その他の偏光素子によって、Ｘ方向に沿った第１偏光方向の偏光のみを通過させる。
【００２５】
第２偏光板６２は、液晶パネル６３の出射側に配置される出射側偏光板であり、入出射面の法線がそれぞれシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行になっている。第２偏光板６２は、これに組み込んだ樹脂製その他の偏光素子によって、Ｙ方向に沿った第２偏光方向の偏光のみを通過させる。
【００２６】
以上説明した第１偏光板６１と第２偏光板６２とは、クロスニコルを構成するように配置されている。これら第１及び第２偏光板６１，６２の間に挟まれた液晶パネル６３は、第１偏光板６１側から入射した入射光ＬＩを、入力信号に応じて画素単位で部分的に第１偏光方向の偏光から第２偏光方向の偏光に変化させ、変化後の変調光を、射出光ＬＯとして第２偏光板６２側に射出する。
【００２７】
液晶パネル６３は、図３に示すように、例えば垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶）で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に第１基板７２と、射出側に第２基板７３とを備える。これらの基板７２，７３は、ともに平板状であり、図２の第１偏光板６１等と同様に、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になるように配置されている。光入射側の第１基板７２は、ＸＹ面に平行な面に沿って延びるマイクロレンズアレイ７２ａと、マイクロレンズアレイ７２ａの内側に配置される本体部分７２ｂとを備える。このマイクロレンズアレイ７２ａは、後述する画素部分ＰＰに対応する所定パターンで２次元的に配列された多数の要素レンズＥＬを有する。光入射側の第１基板７２の外側には、光透過性の入射側防塵板７４ａが貼り付けられており、光射出側の第２基板７３の外側には、光透過性の射出側防塵板７４ｂが貼り付けられている。これらの防塵板７４ａ，７４ｂは、ともに平板状であり、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に平行になるように配置されている。
【００２８】
第１基板７２の液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、その上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７３の液晶層７１側の面上には、マトリクス状に配置された表示用電極としての複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に電気的に接続可能な配線（不図示）と、透明画素電極７７及び配線の間に介在する薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、例えば配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２，７３と、これらに挟まれた液晶層７１と、電極７５，７７とは、光能動素子、すなわち入射した光束Ｌの偏光状態を入力信号に応じて変調するための液晶デバイス８１として機能する部分である。この液晶デバイス８１を構成する各画素部分ＰＰは、１つの透明画素電極７７と、共通電極７５の一部と、両配向膜７６，７８の一部と、液晶層７１の一部とを含む。第１基板７２と共通電極７５との間には、各画素部分ＰＰを区分するように格子状のブラックマトリクス７９が設けられている。なお、第１基板７２の光入射側の部分にマイクロレンズアレイ７２ａを設けることにより、入射した光束Ｌを各画素部分ＰＰに対応する要素レンズＥＬによって分割するとともに各画素部分ＰＰに集めることができる。つまり、入射した光束Ｌをブラックマトリクス７９を避けて画素部分ＰＰに入射させることができ、液晶デバイス８１での光束Ｌの利用効率を高めることができる。
【００２９】
以上の液晶デバイス８１において、配向膜７６，７８は、電界の存在しない状態で、液晶層７１を構成する液晶性化合物をシステム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行な状態に配列させる役割を有する。ただし、Ｚ軸に沿った方向に適度な電界を形成した場合、液晶層７１を構成する液晶性化合物は、システム光軸ＳＡ、すなわちＺ軸に略平行な状態から例えばＸＹ面内の所定方位に向けて傾けられる。これにより、一対の偏光板６１，６２の間に挟まれた液晶層７１をノーマリブラックモードで動作させることになり、電圧非印加のオフ状態で最大遮光状態（光オフ状態）を確保することができる。つまり、液晶パネル６３は、光オフ状態の黒表示時に、Ｘ方向に沿った第１偏光方向の偏光をそのまま変化させないで通過させる。また、液晶パネル６３は、光オン状態の白表示時に、Ｘ方向に沿った第１偏光方向の偏光をＹ方向に沿った第２偏光方向の偏光に切替えて通過させる。
【００３０】
液晶デバイス８１の光入射側に配置される入射側防塵板７４ａは、複屈折材料製の基板、具体的にはＸ方向やＹ方向に光学軸を有する水晶その他の一軸結晶材料の平板であり、光射出側に配置される射出側防塵板７４ｂは、等方的な屈折率の無機材料製の基板、具体的には石英ガラス製の平板である。
【００３１】
図２に戻って、液晶用光学補償板６４は、液晶用光学補償部を具体化したものであり、例えば負の一軸性の屈折率を有する光学材料である平板状のサファイア板で形成されている。この液晶用光学補償板６４の光学軸は、例えばＺ軸を含んでＸ方向からＹ方向にかけての特定方向に延びる縦断面に対して平行で、Ｚ軸に対して所定の光学軸極角をなす。つまり、液晶用光学補償板６４の光学軸は、システム光軸ＳＡに対してわずかながら一様に傾斜しており、例えばＸ方向からＹ方向にかけての特定方向に配向する。この液晶用光学補償板６４は、液晶層７１のプレチルトに起因する視野角依存性やコントラスト低下を抑制する役割を有する。つまり、液晶用光学補償板６４を構成するサファイア板が、液晶層７１のプレチルトに起因する液晶リタデーションを、入射光ＬＩ及び射出光ＬＯの角度的な状態を見込んで実効的にキャンセルする。このため、液晶用光学補償板６４の製造時において、これを構成するサファイア板の光学軸の方位角や光学軸極角が調整され、この厚みが調整される。
【００３２】
以下、液晶用光学補償板６４の機能について詳細に説明する。液晶パネル６３が光オフ状態の場合、電界が印加されていない液晶層７１において、液晶性化合物の光学軸は、Ｚ軸、すなわちシステム光軸ＳＡに対して精密に平行になっておらず、システム光軸ＳＡに対して一定のプレチルト角だけわずかに傾いた状態に維持されている。このようなプレチルト角に起因して、電圧非印加状態の液晶パネル６３にシステム光軸ＳＡに対して平行に入射した偏光が位相作用（液晶リタデーション）を受け、液晶パネル６３を通過する偏光面が精密には保持されずわずかに回転する現象が生じる。このような現象は、液晶パネル６３にシステム光軸ＳＡに対して傾いた状態で入射する偏光についても同様に生じる。このままであれば、液晶ライトバルブ２５ａが光オフ状態となっても第２偏光板６２を光がわずかに通過することになるので、液晶用光学補償板６４を一対の偏光板６１，６２間であって液晶パネル６３に隣接して配置し、液晶用光学補償板６４にプレチルトに起因する液晶リタデーションの光学的な補償を行わせる。このため、液晶用光学補償板６４を構成するサファイア板の光学軸は、システム光軸ＳＡに対してプレチルトの配向方向に傾斜するだけでなく、例えば液晶層７１のプレチルトの軸方向と屈折率で規格化した同一方向に設定され、液晶用光学補償板６４を構成するサファイア板の厚みは、液晶層７１のプレチルトによる液晶リタデーションを相殺するような値とする。つまり、液晶層７１のプレチルトに対応する正の一軸結晶の屈折率楕円体について光学厚みを考慮した作用と、液晶用光学補償板６４のサファイア板に対応する負の一軸結晶の屈折率楕円体について光学厚みを考慮した作用とを加算することで、液晶パネル６３及び液晶用光学補償板６４を通過する偏光があたかも等方的な屈折材料を通過するような状態を近似的に実現することができ、液晶リタデーションの光学的な補償が達成される。
【００３３】
位相差板６６は、１／２波長板であり、例えば一軸性の屈折率を有するサファイア板等の結晶材料等で形成されている。この位相差板６６の光学軸は、Ｘ軸又はＹ軸の方向に延びている。このため、位相差板６６は、例えばＸ方向に沿った第１偏光方向の偏光をそのまま通過させるが、Ｙ方向に沿った第２偏光方向の偏光の位相を１８０°シフトさせる。結果的に、位相差板６６を通過する任意の偏光は、その通過の際に、偏光方向がＸ軸を挟んで反転するような作用を受ける。具体的には、例えばＸ方向に沿った第１偏光方向やＹ方向に沿った第２偏光方向は、偏光方向を見かけ上変化させないが、Ｘ軸に対して反時計方向に４５°回転した方向の偏光は、Ｘ軸に対して反時計方向に１３５°回転した方向の偏光に変換される。
【００３４】
複合光学素子６７は、第１レンズ８３と第２レンズ８４とを備えるレンズ群である。第１レンズ８３において、入射面８３ａは平坦面であり、出射面８３ｂは凸面となっており、第２レンズ８４において、入射面８４ａは凹面であり、出射面８４ｂは凹面となっている。そして、出射面８３ｂの曲率と、入射面８４ａの曲率とは、互いに等しくなっており、出射面８３ｂと入射面８４ａとの間の空間ＧＰは、例えば樹脂剤で充填されている。結果的に、複合光学素子６７は、ゼロの屈折力を有するレンズ群として機能し、光線を集束したり発散する機能を有しないため、結像状態に対してほとんど影響しない。ただし、出射面８３ｂや入射面８４ａを通過する光線は、それが曲面であることに起因してＰ偏光及びＳ偏光の透過率差が生じ、偏光状態が乱れる。しかしながら、このような偏光状態の乱れは、マイクロレンズアレイ７２ａによって生じる偏光状態の乱れに対応しており、後述するように、位相差板６６での偏光方向の反転と組み合わせることによって、マイクロレンズアレイ７２ａによって生じる偏光状態の乱れを複合光学素子６７によって相殺させることができる。なお、出射面８３ｂと入射面８４ａとの間の空間ＧＰには、空気を充填することもできる。この場合、第１レンズ８３と第２レンズ８４とをアライメントして固定する枠体が必要となる。
【００３５】
図４を参照して、位相差板６６及び複合光学素子６７の機能について説明する。図４（Ａ）に示すように、第１偏光板６１を通過した直後の光束Ｌは、極角φが同じで＋Ｙ軸方向を基準とする方位角θが異なる各偏光Ｐ１〜Ｐ８は、Ｘ軸方向（第１偏光方向）に平行な偏光状態となる。次に、図４（Ｂ）に示すように、液晶パネル６３及び液晶用光学補償板６４を通過した後の光束Ｌは、液晶パネル６３で変調されなかった場合、基本的にＸ軸方向（第１偏光方向）に平行な偏光状態となるが、方位角θが４５°、１３５°、２２５°、３１５°の光束Ｌすなわち偏光Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８については、マイクロレンズアレイを通過する際にＰ波とＳ波の透過率にわずかな差が生じることに起因して、偏光状態が乱れ、Ｙ軸方向（第２偏光方向）の偏光成分を持つようになる。次に、図４（Ｃ）に示すように、位相差板６６を通過した後の光束Ｌは、偏光方向がＸ軸を挟んで反転するような作用を受ける。つまり、偏光Ｐ２，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ８については、Ｙ軸方向（第２偏光方向）の偏光成分の正負が入れ替わって傾きが逆転する。次に、図４（Ｄ）に示すように、複合光学素子６７を通過した後の光束Ｌすなわち各偏光Ｐ１〜Ｐ８は、マイクロレンズアレイ７２ａに起因する偏光状態の乱れを補償したものとなっており、Ｘ軸方向に平行な偏光状態となる。つまり、複合光学素子６７によって生じる偏光状態の乱れは、マイクロレンズアレイ７２ａによって生じる偏光状態の乱れに対応するものとなっており、マイクロレンズアレイ７２ａと複合光学素子６７との間に位相差板６６を介在させることにより、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れと、複合光学素子６７による偏光状態の乱れとが相殺され光学的補償が達成される。図４（Ｅ）に示すように、複合光学素子６７を通過した光束Ｌは、第２偏光板６２ですべて遮断され、すべての方位角θにおいて漏れ光が生じることを回避できる。図４（Ｆ）は、液晶ライトバルブ２５ａに位相差板６６及び複合光学素子６７を組み込まなかった比較例を概念的に説明する図である。この場合、図４（Ｂ）に示す偏光Ｐ１〜Ｐ８が第２偏光板６２に入射するので、４５°等の斜め方向からの光束Ｌについて漏れ光が生じ、わずかであるが偏光Ｐ２'，Ｐ４'，Ｐ６'，Ｐ８'が通過してコントラストを低下させる。
【００３６】
以上では、図２等に基づいてＢ光用の液晶ライトバルブ２５ａの構造及び機能を説明したが、Ｇ光用の液晶ライトバルブ２５ｂ及びＲ光用の液晶ライトバルブ２５ｃも、Ｂ光用の液晶ライトバルブ２５ａと同様の構造及び機能を有する。つまり、図２等に示すように、第１偏光板６１によって、Ｇ光又はＲ光のうちＸ方向の偏光のみを選択的に透過させ、液晶パネル６３の変調によってＸ方向からＹ方向の偏光に変化させ、第２偏光板６２によってＹ方向の偏光のみを選択的に透過させることで、Ｇ色又はＲ色の射出光ＬＯを得る。この際、液晶用光学補償板６４によって液晶デバイス８１を構成する液晶層７１のプレチルトに起因する液晶リタデーションを補償することができ、レンズ用光学補償部８２によってマイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れを補償することができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態のプロジェクターによれば、入射側偏光板としての第１偏光板６１と射出側偏光板としての第２偏光板６２との間に配置されたレンズ用光学補償部８２が、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の変化を補償するので、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れを抑えることができ、液晶ライトバルブ２５ａによって形成される投射画像のコントラストを向上させることができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
以下、本発明に係る第２実施形態のプロジェクターについて説明する。第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。
【００３９】
図５は、第２実施形態のプロジェクターに組み込まれるＢ光用の液晶ライトバルブ２５ａ等の構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ２５ａの場合、入射側偏光板である第１偏光板６１と出射側偏光板である第２偏光板６２との間に、システム光軸ＳＡに沿って順に、複合光学素子６７と、位相差板６６と、液晶パネル６３と、液晶用光学補償板６４とを備える。
【００４０】
第２実施形態によれば、マイクロレンズアレイ７２ａを備える液晶デバイス８１の光路上流側に、レンズ群である複合光学素子６７と、１／２波長板である位相差板６６とを光路下流に向けて順に配置している。この場合、位相差板６６で複合光学素子６７による偏光状態の乱れを反転させており、液晶デバイス８１中のマイクロレンズアレイ７２ａによって複合光学素子６７による偏光状態の乱れを相殺することになる。結果的に、複合光学素子６７及び位相差板６６によって、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れを相殺することができる。
【００４１】
〔第３実施形態〕
以下、本発明に係る第３実施形態のプロジェクターについて説明する。第３実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
図６は、第２実施形態のプロジェクターに組み込まれる液晶パネル３６３の構造を説明する図である。この液晶パネル３６３は、図３に示す液晶パネル６３の入射側防塵板７４ａに代えてレンズ用光学補償部３８２を設けている。このレンズ用光学補償部３８２は、複合光学素子層３６７と、位相差板層３６６とを積層したものである。複合光学素子層３６７は、一対のマイクロレンズアレイ層８４ａ，８４ｂ間に屈折率の異なる中間層８４ｃを設けたものであり、全体としては屈折力を有しない。位相差板層３６６は、１／２波長板であり、その光学軸は、Ｘ軸又はＹ軸の方向に延びている。複合光学素子層３６７によって生じる偏光状態の乱れは、液晶デバイス８１中のマイクロレンズアレイ７２ａによって生じる偏光状態の乱れに対応するものとなっており、マイクロレンズアレイ７２ａと複合光学素子層３６７との間に位相差板層３６６を介在させることにより、マイクロレンズアレイ７２ａによる偏光状態の乱れと、複合光学素子層３６７による偏光状態の乱れとが相殺され光学的補償が達成される。
【００４３】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４４】
すなわち、上記実施形態では、液晶パネル６３が垂直配向型の液晶層７１を備えるものとしたが、液晶層７１は、垂直配向型に限らず、ツイストネマチック型その他のものに置き換えることができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに液晶用光学補償板６４を組み込んでいるが、液晶用光学補償板６４を省略することもできる。なお、液晶用光学補償板６４の配置や構成も、液晶パネル６３の特性に応じて適宜変更することができる。
【００４６】
上記実施形態では、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃで第１偏光方向の直線偏光を第２偏光方向の直線偏光に変換しているが、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃのいずれかで、第２偏光方向の直線偏光を第１偏光方向の直線偏光に変換する構成とすることもできる。
【００４７】
上記実施形態のプロジェクター１０では、光源装置２１を、光源ランプ２１ａ、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２１ｉで構成したが、レンズアレイ２１ｄ，２１ｅ等については省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。
【００４８】
上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを用いたプロジェクター１０の例のみを挙げたが、本発明は、１つ又は２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、或いは、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。
【００４９】
上記実施形態のプロジェクター１０は、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクターに限らず、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクターに適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０…プロジェクター、  ２１…光源装置、  ２１ａ…光源ランプ、  ２１ｄ，２１ｅ…レンズアレイ、  ２１ｇ…偏光変換部材、  ２１ｉ…重畳レンズ、  ２３…色分離光学系、  ２３ａ，２３ｂ…ダイクロイックミラー、  ２５…光変調部、  ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…液晶ライトバルブ、  ２７…クロスダイクロイックプリズム、  ２９…投射レンズ、  ６１…第１偏光板、  ６２…第２偏光板、  ６３…液晶パネル、  ６４…液晶用光学補償板、  ６６…位相差板、  ６７…複合光学素子、  ７１…液晶層、  ７２，７３…基板、  ７２ａ…マイクロレンズアレイ、  ７５，７７…電極、  ７６，７８…配向膜、  ７７…透明画素電極、  ８１…液晶デバイス、  ８２…レンズ用光学補償部、  ８３…第１レンズ、  ８４…第２レンズ、  ８４ａ…入射面、  Ｌ…光束、  ＬＩ…入射光、  ＬＯ…射出光、  ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、  Ｐ１-Ｐ８…偏光、  ＳＡ…システム光軸
【図１】
2010217360.tif 000003
【図２】
2010217360.tif 000004
【図３】
2010217360.tif 000005
【図４】
2010217360.tif 000006
【図５】
2010217360.tif 000007
【図６】
2010217360.tif 000008