(57)【要約】【課題】モアレの発生を低減して精細な画像を表示可能なプロジェクタを提供すること。【解決手段】行列状に配列される複数の画素部である開口部６１を備え、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１７Ｒと、所定の周期で配置される構造体であるレンチキュラーレンズ３３を備え、空間光変調装置１７Ｒからの光を透過するスクリーン３０と、空間光変調装置１７Ｒとスクリーン３０との間の光路中に設けられるローパスフィルタであるプリズム群２５と、を有する。【選択図】      図１
2006023378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配列される複数の画素部を備え、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
所定の周期で配置される構造体を備え、前記空間光変調装置からの光を透過するスクリーンと、
前記空間光変調装置と前記スクリーンとの間の光路中に設けられるローパスフィルタと、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、
前記プリズム素子は、照明光学系又は投写光学系で定められる単位面積内において３周期以上の周期で設けられ、
前記屈折面は、一の前記画素部からの光を所定方向へ屈折することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記プリズム素子は、前記画素部からの光を透過する平坦部を有し、
前記屈折面と光軸との交点で前記平坦部から最も離れた位置において前記光軸に略垂直方向に形成される面を基準面とする場合に、
前記基準面から前記平坦部までの距離をｄ、
前記入射光の波長をλ、
前記プリズム素子の屈折率をｎとそれぞれするとき、以下のいずれかの条件式を満足することを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
【請求項４】
前記プリズム素子は、前記画素部からの光を透過する平坦部を有し、
光軸に対し略垂直であり前記プリズム群が形成されている基板の一方の面を基準面とする場合に、
前記基準面から前記平坦部までの距離と、前記基準面から前記屈折面上の所定位置までの距離と、がそれぞれ非周期的となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記プリズム素子は、前記単位面積内において１５周期以下の周期で設けられることを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記ローパスフィルタは、一の前記画素部からの光のうち１次回折光を所定方向へシフトした位置に入射させる位相回折格子素子を有し、
前記位相回折格子素子は、前記単位面積内において５周期以上の周期で設けられることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記ローパスフィルタは、一の前記画素部からの光のうち一部の光を所定方向へ屈折して分離する複屈折部であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記複屈折部の入射側に、さらに位相板を有することを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記ローパスフィルタは、前記スクリーンにおいて、前記複数の画素部のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ前記画素部の投影像を導くことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記スクリーンは、周期構造を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記周期構造は、遮光部及び開口部であることを特徴とする請求項１０に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ、特に、画像信号に応じて変調された光をスクリーンに透過させることによって画像を表示するリアプロジェクタの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像信号に応じて変調された光をスクリーンに透過させることによって画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタが提案されている。リアプロジェクタは大画面化が比較的容易であることから、近年、リアプロジェクタの普及に対する期待が高まりつつある。リアプロジェクタのスクリーンには、例えば、広い視野角を得るためのレンチキュラーレンズやマイクロレンズ等の光学素子が設けられる。アレイ状に配置された光学素子をスクリーンに設ける場合、光学素子を設けることによるスクリーンの周期構造と空間光変調装置の画素構造とが重なり合うことでモアレが発生することがある。モアレは、リアプロジェクタ内の構成要素における周期構造どうしによって起きる以外に、リアプロジェクタにおける周期構造と、画像の模様とが重なり合うことで起きる場合もある。モアレは、本来画像信号に無い色彩や模様を出現させることにより画質の低下を引き起こす。従来、モアレを低減する技術としては、例えば、特許文献１及び２に提案されているものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２８９２３４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３９７９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に提案されている技術は、いずれもスクリーンの構成によって光の干渉を防ぐものである。特許文献１及び２に提案されている技術によると、スクリーンは、構造上、光の干渉を防止可能とするための制約を受けざるを得ない。このような制約は、リアプロジェクタにより精細な画像を表示するための構成、あるいはコストを削減可能な構成を実現する上での障害になる場合がある。さらに、リアプロジェクタのスクリーンとして、光射出面に遮光部と開口部とを交互に設ける技術が提案されている。遮光部は、外光の反射を防ぐことでコントラストの低下を軽減するための構成である。リアプロジェクタのスクリーンは、遮光部と開口部とが周期構造をなすことによってさらにモアレ発生の頻度が増加してしまう。このように、従来のリアプロジェクタは、モアレの発生を低減して精細な画像を得ることが困難であるという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、モアレの発生を低減して精細な画像を表示可能なプロジェクタ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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、行列状に配列される複数の画素部を備え、入射光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、所定の周期で配置される構造体を備え、空間光変調装置からの光を透過するスクリーンと、空間光変調装置とスクリーンとの間の光路中に設けられるローパスフィルタと、を有することを特徴とするプロジェクタを提供することができる。
【０００６】
ローパスフィルタは、屈折面を有するプリズム素子、回折格子、水晶板等の光学素子を備える。空間光変調装置からの光がローパスフィルタを透過することにより、画素部の像は、複数に分割してスクリーンに投影される。画素部の像を複数に分割することで、行列状に画素部を配列することによる周期性、及び規則的な模様等の周期性を弱めることとなる。また、スクリーンには、例えば、レンチキュラーレンズ等の光学素子や遮光部等の構造体が所定の周期で配置される。投写光の周期性を弱めてスクリーンに入射することにより、周期構造を有するスクリーンを用いる場合であっても光の干渉効果が低減される。このようにして、ローパスフィルタを設けることによってモアレを低減することが可能となる。本発明によると、空間光変調装置とスクリーンとの間の光路中にローパスフィルタを設けるため、スクリーンは、構造上光の干渉効果に関する制約を必要としない。スクリーンは、精細な画像を表示可能、あるいはコストを削減可能な構成とすることができる。これにより、モアレの発生を低減して精細な画像を表示可能なプロジェクタを得られる。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、ローパスフィルタは、少なくとも屈折面を備えるプリズム素子からなるプリズム群を有し、前記プリズム素子は、照明光学系又は投写光学系で定められる単位面積内に３周期以上の周期で設けられ、屈折面は、一の画素部からの光を所定方向へ屈折することが望ましい。一の画素部からの光は、プリズム群に入射する。プリズム群に入射した光は、プリズム素子の屈折面で屈折して、光路を所定方向へ折り曲げられる。一の画素部からの光を所定方向へ折り曲げることにより、画素部の像を分割してスクリーンに投影する。画素部の像は、プリズム素子に備える屈折面の数に応じて複数に分割することができる。これにより、画素部の像を複数に分割することができる。
【０００８】
プリズム群のプリズム素子は、単位面積内において３個以上、又は３周期以上の周期で設けることで、略均一な画像を得られる。単位面積は、空間光変調装置に入射する照明光により規定されるＦナンバー、又はスクリーンに光を投写する投写光学系で規定することができる。ここで、プリズム素子の周期は、プリズム素子がマトリクス状に設けられている場合に、プリズム素子どうしの境界を形成する境界線の数で定義できる。
【０００９】
好ましくは、プリズム群のプリズム素子は、単位面積内において５個以上、又は５周期以上の周期で設けることが望ましい。これにより、画像の端部においても略均一な投写像を得ることができる。このように、単位面積内に適度な数のプリズム素子を配置することにより、略均一な画像を得ることができる。また、プリズム素子を周期的に設けることで回折光を生じると、画像のコントラストを低下させる原因となり得る。プリズム素子は、単位面積内において１５個以下、又は１５周期以下の周期で設けることで、回折現象の発生を低減し、良好な画像を得ることができる。さらに、プリズム素子は、単位面積内において１２個以下、又は１２周期以下の周期で設けるのが望ましい。これにより、さらに回折現象の発生を低減し良好なコントラストの画像を得られる。
【００１０】
従って、プリズム群は、単位面積内において３個以上１５個以下、又は３周期以上１５周期以下の周期でプリズム素子を設けることが望ましい。さらに、プリズム群は、単位面積内において５個以上１２個以下、又は５周期以上１２周期以下の周期でプリズム素子を設けることが望ましい。これにより、略均一な強度の光をスクリーンに投写し、モアレの低減及びコントラスト低下の低減によってさらに良好な画像を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様によれば、プリズム素子は、画素部からの光を透過する平坦部を有し、屈折面と光軸との交点で平坦部から最も離れた位置において光軸に略垂直方向に形成される面を基準面とする場合に、基準面から平坦部までの距離をｄ、入射光の波長をλ、プリズム素子の屈折率をｎとそれぞれするとき、以下の条件式（１）又は（２）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （１）
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （２）
【００１２】
プリズム群は、屈折面による屈折光と共に、プリズム群を構成する各プリズム素子の深さに起因して回折光を生ずる。基準面から平坦部までの距離ｄが条件式（Ａ）
ｄ＝λ／｛２×（ｎ−１）｝    （Ａ）
の条件を満足する場合、プリズム群は、回折効果を向上させてしまう。回折光は、周期構造を有するスクリーンにおいて光が干渉することによるモアレを引き起こす場合がある。本発明では、モアレを発生する原因となる回折光を生じさせないこと、又は回折光が生じても観察者がモアレを認識しない程度であることが望ましい。本発明では、上記の条件式（１）又は（２）を満足することで、深さｄを、上記の条件式（Ａ）で規定される数値と異なる数値とすることができる。上記の条件式（１）又は（２）を満足することにより、プリズム群における回折光の発生を低減することができる。これにより、モアレの発生を低減することができる。
【００１３】
好ましくは、以下の条件式（３）又は（４）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．９×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （３）
ｄ＞１．１×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （４）
さらに好ましくは、以下の条件式（５）又は（６）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．７×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （５）
ｄ＞１．３×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （６）
上記条件式（３）〜（６）のいずれかを満足することで、プリズム素子からの回折光の強度をさらに小さくすることができる。これにより、さらにモアレの発生を低減することができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、画素部からの光を透過する平坦部を有し、光軸に対し略垂直でありプリズム群が形成されている基板の一方の面を基準面とする場合に、基準面から平坦部までの距離と、基準面から屈折面上の所定位置までの距離と、がそれぞれ非周期的となるように形成されていることが望ましい。
【００１５】
プリズム群により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の周期的な構造を挙げることができる。プリズム群は、基準面から平坦部までの距離と、基準面とから屈折面上の所定位置までの距離と、がそれぞれ非周期的となるように形成されている。プリズム群を非周期的となるように形成することにより、プリズム素子の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。これにより、モアレの発生を低減することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様としては、プリズム素子は、前記単位面積内において１５周期以下の周期で設けられることが望ましい。プリズム群により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の配列の周期的な構造を挙げることができる。プリズム群は、単位面積あたりに１５周期以下の周期でプリズム素子を設けるように構成する。プリズム素子の周期は、プリズム素子がマトリクス状に設けられている場合に、プリズム素子どうしの境界を形成する境界線の数で定義できる。プリズム素子の周期を１５周期以下とすることにより、プリズム素子の配列の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。これにより、モアレの発生を低減することができる。また、好ましくは、プリズム素子は、単位面積あたりに１０〜１２周期で設けられることが望ましい。さらに好ましくは、プリズム素子は、単位面積あたりに７〜９周期で設けられることが望ましい。これにより、さらにモアレの発生を低減することができる。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様としては、ローパスフィルタは、一の前記画素部からの光のうち１次回折光を所定方向へシフトした位置に入射させる位相回折格子素子を有し、位相回折格子素子は、単位面積内において５周期以上の周期で設けられることが望ましい。一の画素部からの光は、位相回折格子素子に入射する。位相回折格子素子は、回折光を所定方向へ進行させる。例えば、位相回折格子素子は、入射光を０次光と１次光とに分離することにより、入射光を複数に分割する。これにより、画素部の像を複数に分割することができる。また、位相回折格子素子は、単位面積内において５周期以上の周期で設けることにより、略均一な強度の回折光を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様としては、ローパスフィルタは、一の画素部からの光のうち一部の光を所定方向へ屈折して分離する複屈折部であることが望ましい。一の画素部からの光は、複屈折部に入射する。複屈折部は、例えば複屈折部の結晶方位に対応して、入射光を２つの直線偏光に分離する。複数の複屈折部を用いることにより、一の画素部からの光を複数に分割することができる。これにより、画素部の像を複数に分割することができる。
【００１９】
さらに、本発明の好ましい態様としては、複屈折部の入射側に、さらに位相板を有することが望ましい。例えば、空間光変調装置として透過型の液晶表示装置を用いる場合、画像信号に応じて変調された光は、特定の振動方向を有する直線偏光である。直線偏光は、例えばλ／４位相板を透過することにより、円偏光に変換される。複屈折部は、変調光を円偏光に変換することにより、変調光のうちの一部の光を所定方向へ屈折して分離することができる。これにより、変調光のうちの一部の光を所定方向へ屈折して分離することができる。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様としては、ローパスフィルタは、スクリーンにおいて、複数の画素部のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ画素部の投影像を導くことが望ましい。複数の画素部のピッチとは、隣り合う画素部どうしにおける画素部の中心位置間の距離をいう。各画素について、画素ピッチの略２分の１以下の距離の位置へ画素部の投影像を導くことにより、スクリーンへ入射する光の周期性を有効に低減することができる。これにより、モアレの発生を効果的に低減すると共に高精細な映像を得ることができる。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、周期構造を有することが望ましい。また、周期構造は、遮光部及び開口部であることが望ましい。スクリーンの周期構造と空間光変調装置の画素構造とが重なり合うことで、モアレが発生する場合がある。また、モアレは、リアプロジェクタ内の構成要素における周期構造と画像の模様とが重なり合うことで起きる場合もある。本発明のプロジェクタは、周期構造を有するスクリーンを用いても、モアレの発生を低減し、高品質な画像を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１０の概略構成を示す。本発明のプロジェクタ１０は、画像信号に応じて変調された光をスクリーン３０に透過させることによってスクリーン３０に画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタである。光源部である超高圧水銀ランプ１１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。
【００２４】
インテグレータ１２は、超高圧水銀ランプ１１からの光の照度分布を略均一にする。照度分布が均一化された光は、偏光変換素子１３にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒに入射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１５に入射する。反射ミラー１５は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、Ｒ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１７Ｒに入射する。空間光変調装置１７Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置１７Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００２５】
空間光変調装置１７Ｒに入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換された後、不図示の液晶パネルに入射する。液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶パネルに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｒは、変調によりｓ偏光光に変換されたＲ光を射出する。このようにして、空間光変調装置１７Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。
【００２６】
Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光及びＢ光は、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇで反射されたＧ光は、Ｇ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１７Ｇに入射する。空間光変調装置１７ＧはＧ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。
【００２７】
空間光変調装置１７Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置１７Ｇに入射したｓ偏光光は、そのまま液晶パネルに入射する。液晶パネルに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を射出する。このようにして、空間光変調装置１７Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１８に入射する。
【００２８】
Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１６と、２枚の反射ミラー１５とを経由して、Ｂ光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置１７Ｂに入射する。空間光変調装置１７Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１６を経由させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。リレーレンズ１６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置１
７Ｂに導くことができる。
【００２９】
空間光変調装置１７Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。空間光変調装置１７Ｂに入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換された後液晶パネルに入射する。液晶パネルに入射したｐ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｂは、変調によりｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、空間光変調装置１７Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇとは、超高圧水銀ランプ１１から供給される光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する。
【００３０】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８は、２つのダイクロイック膜１８ａ、１８ｂをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１８ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１８ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１８は、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。
【００３１】
なお、上述のように、空間光変調装置１７Ｒ及び空間光変調装置１７Ｂからクロスダイクロイックプリズム１８に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、空間光変調装置１７Ｇからクロスダイクロイックプリズム１８に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１８に入射される光の偏光方向を異ならせることで、クロスダイクロイックプリズム１８において各色光用空間光変調装置から射出される光を有効に合成できる。ダイクロイック膜１８ａ、１８ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１８ａ、１８ｂで反射されるＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１８ａ、１８ｂを透過するＧ光をｐ偏光光としている。
【００３２】
投写レンズ２０は、クロスダイクロイックプリズム１８で合成された光を反射ミラー２１の方向へ投写する。図２に示すように、投写レンズ２０は、複数の凹レンズや凸レンズを光軸上に並列して構成されている。投写レンズ２０は、絞りの共役位置である瞳位置にローパスフィルタであるプリズム群２５が配置されている。プリズム群２５は、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとスクリーン３０との間の光路中に設けられている。プリズム群２５の構成の詳細については、後述する。
【００３３】
図１に戻って、反射ミラー２１は、投写レンズ２０からの投写光をスクリーン３０の方向へ反射する。スクリーン３０は、フレネルレンズ３０ａ、視野角調整部３０ｂ、図示しない前面板から構成されている。反射ミラー２１から視野角調整部３０ｂの方向へ反射した光は、フレネルレンズ３０ａを透過した後スクリーン３０に入射する。フレネルレンズ３０ａは、入射する光を略平行な光に変換して射出する。フレネルレンズ３０ａで平行光に変換された光は、視野角調整部３０ｂに入射する。スクリーン３０は、投写光を透過させることにより観察者ＯＢＳ側の面に投写像を表示する透過型スクリーンである。フレネルレンズ３０ａは、同心円状の周期構造を有している。
【００３４】
図３は、スクリーン３０の要部斜視構成を示す。スクリーン３０は、投写レンズ２０からの投写光が入射する面に、視野角調整部３０ｂであるレンチキュラーレンズシート３２を有する。レンチキュラーレンズ３３は、投写光の入射側に凸面を有する形状をなしている。また、レンチキュラーレンズ３３は、観察者から見て上下方向であるＹ方向に長手方向を有し、かつＹ方向に略垂直なＸ方向に関して曲率をもつ円筒形状の一部のような曲面を有する。レンチキュラーレンズシート３２は、複数のレンチキュラーレンズ３３がＸ方向に配列して構成されている。なお、レンチキュラーレンズシート３２は、Ｘ方向に長手方向を有するレンチキュラーレンズ３３を、Ｙ方向に配列して構成しても良い。
【００３５】
図４は、スクリーン３０の要部断面構成を示す。スクリーン３０の光射出面には、複数の遮光部３４と、複数の開口部４１とが設けられている。遮光部３４及び開口部４１は、図５に示すように、所定幅のストライプを形成するように所定の周期で配置される構造体である。スクリーン３０の光入射面には、複数のレンチキュラーレンズ３３からなるレンチキュラーレンズシート３２が設けられている。レンチキュラーレンズ３３は、開口部４１に対応する位置に設けられている。レンチキュレーレンズ３３も、遮光部３４及び開口部４１と同様に、所定の周期で配置される構造体である。このように、スクリーン３０は、投写光の入射側と射出側とに、それぞれ規則性を持ったパターンの周期構造を有する。なお、レンチキュラーレンズ３３を設ける所定の周期は、例えば、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの画素部像の幅に対応して決定することができる。また、開口部４１及び遮光部３４を配置する所定の周期は、レンチキュラーレンズ３３の配置に対応して決定することができる。
【００３６】
レンチキュラーレンズ３３は、対応する開口部４１に入射光を集光する。レンチキュラーレンズ３３を設けることにより、投写光が遮光部３４で遮られることを回避し、投写光の損失を低減することができる。遮光部３４は、開口部４１どうしの間に設けられる。遮光部３４は、観察者側からスクリーン３０の方向へ進行する外光、例えば照明器具からの照明光や室外からの太陽光を吸収する。スクリーン３０は、遮光部３４を設けることにより外光の反射を低減し、画像のコントラストを向上することができる。
【００３７】
図６は、空間光変調装置１７Ｒにおける周期構造を説明するものである。空間光変調装置１７Ｒの液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶層の光入射側には、遮光のためのブラックマトリックス部６２が設けられている。ブラックマトリックス部６２は、超高圧水銀ランプ１１から入射したＲ光を遮光することにより、スクリーン３０側へ射出しない。また、ブラックマトリックス部６２に囲まれている矩形状の領域は開口部６１を形成する。
【００３８】
開口部６１は、超高圧水銀ランプ１１からのＲ光を通過させる。開口部６１を透過するＲ光は、基板及び液晶層を透過する。空間光変調装置１７Ｒに入射したＲ光は、液晶層において偏光成分が変調される。このように、投写された画像における画素を形成するのは、液晶層で変調されて開口部６１を透過した光である。開口部６１は、画素を形成する光を透過する画素部である。空間光変調装置１７Ｒは、画素部である開口部６１を複数備え、行列状に配列している。
【００３９】
空間光変調装置１７Ｒは、開口部６１と、開口部６１の周辺のブラックマトリックス部６２とからなる矩形の周期領域が配列しているとみなすことができる。隣接する周期領域は、隙間なく周期的に繰り返して配列している。このように、空間光変調装置１７Ｒは、変調光の射出側に、規則性を持ったパターンの周期構造を有する。なお、空間光変調装置１７Ｇ、１７Ｂの構成は、いずれも空間光変調装置１７Ｒと同様である。
【００４０】
空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、いずれも同様の構成を有することから、各空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂの開口部６１からの光は、ちょうど重なり合うようにして投写される。そのため、プリズム群２５を設けない場合、各空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからの光により、周期領域が繰り返し配列するパターンの像がそのままスクリーン３０に形成される。以下、本発明の構成は、適宜スクリーン３０に投写された投写像を用いて説明を行う。
【００４１】
図７は、プリズム群２５の斜視構成を示す。複数のプリズム素子７１からなるプリズム群２５は、硝子又は透明樹脂からなる透明プレート７０の射出側表面に形成されている。空間光変調装置１７Ｒと投写レンズ２０内のプリズム群２５とは、図８に示す関係で配置される。理解を容易にするため、図８では、空間光変調装置１７Ｒとプリズム群２５とを除く反射ミラー２１等の他の構成部の図示を省略する。
【００４２】
一の画素部である開口部６１を透過したＲ光は、円錐形状の発散光となって進行する。そして、このＲ光は、プリズム群２５のうち、少なくとも一部のプリズム群２５に入射する。プリズム群２５は、少なくとも屈折面７２と、平坦部７３とを備えるプリズム素子７１から構成されている。平坦部７３は、開口部６１が形成されている面８０ａに略平行な面である。プリズム素子７１は、いずれも、幅ＰＴ、屈折面７２どうしの稜線から平坦面７３までの深さＨが略同一である。従って、プリズム群２５は、複数のプリズム素子７１が一定周期で規則的に配列されて構成されている。
【００４３】
平坦部７３は、開口部６１からのＲ光をそのまま透過させる。また、屈折面７２は、開口部６１からのＲ光を屈折させて透過させる。屈折面７２は、スクリーン３０において、開口部６１像をブラックマトリックス部６２像上へ導くような屈折面７２の向き、及び傾斜角度を有する。屈折面７２は、一の開口部６１からの光をブラックマトリックス部６２像上へ導くような所定方向へ屈折する。この結果、スクリーン３０において、ブラックマトリックス部６２像の領域に重畳的に開口部６１像が形成される。
【００４４】
図９−１、９−２、９−３は、開口部６１とプリズム群２５との位置関係を示す平面図である。各プリズム素子７１は、図９−３に示すように、略正方形形状をしている。そして、図９−１で示す帯状のブラックマトリックス部６２の中心線ＣＬの方向に対して、図９−２に示すように各プリズム素子７１の辺部７１ａに沿った方向とが略４５°をなすように構成されている。上述したように、一の開口部６１を透過した光は、複数のプリズム素子７１からなる一部のプリズム群２５へ入射する。
【００４５】
図１０は、プリズム群２５を拡大して示す。プリズム群２５とスクリーン３０との間の媒質（例えば空気）は屈折率ｎ１、プリズム群２５を構成する部材は屈折率ｎ２を有する場合を考える。また、屈折面７２は、平坦部７３を延長した基準面７３ａに対して角度θとなるように形成されている。以下、角度θを傾斜角度という。投写レンズ２０を透過する光のうち、光軸方向の光は、平坦部７３に対して略垂直に入射する。平坦部７３に対して垂直に入射した光は、平坦部７３で屈折作用を受けることなく、そのまま直進してスクリーン３０上に投写像を形成する。
【００４６】
これに対して、屈折面７２に入射した光は、以下に示す条件式を満足するように屈折される。
ｎ１・ｓｉｎβ＝ｎ２・ｓｉｎα
ここで、角度αは屈折面７２の法線Ｎを基準とする入射角度、角度βは射出角度である。また、プリズム群２５と距離Ｌだけ離れたスクリーン３０において、直進した光の位置と屈折された光の位置との間の距離Ｓは、次式で表される。
【００４７】
Ｓ＝Ｌ×Δβ
Δβ＝β−α
このように、屈折面７２のプリズム傾斜角度θを制御することで、スクリーン３０における開口部像６１Ｐの移動量である距離Ｓを任意に設定することができる。また、図１０から明らかなように、光線ＬＬ２が屈折される方向は屈折面７２の向きに依存している。換言すると、開口部６１に対して屈折面７２の向きを制御することで、スクリーン３０において開口部像６１Ｐを形成する方向を任意に設定できる。
【００４８】
上述した構成の空間光変調装置１７Ｒを用いた場合に、スクリーン３０に投写されるＲ光による投写像について図１１−１〜図１１−４を参照して説明する。図１１−１は、スクリーン３０における一つの周期領域像６３Ｐを示す。プリズム素子７１の平坦部７３に略垂直に入射した光は、平坦部７３で屈折作用を受けずに直進する。直進した光は、スクリーン３０で、周期領域像６３Ｐの中央部に開口部像（直接透過像）６１Ｐを形成する。
【００４９】
次に、プリズム素子７１の屈折面７２ａに入射した光を考える。屈折面７２ａに入射した光は、屈折面７２ａの向き、傾斜角度θ、面積Ｐ１にそれぞれ対応した屈折方向、屈折量、屈折光量による屈折作用を受ける。上述のように、プリズム素子７１は、ブラックマトリックス部６２の中心線ＣＬに対して辺部７１ａが略４５°をなすように構成されている。このため、例えば、屈折面７２ａで屈折された光は、図１１−１で示すように、開口部像（直接透過像）６１Ｐから矢印方向に上述した距離Ｓだけ離れた位置に開口部像６１Ｐａを形成する。なお、以下全ての説明において、投写レンズ２０の結像作用による像の上下左右の反転は無いものとする。
【００５０】
同様に、屈折面７２ｂで屈折された光は、図１１−２で示す位置に開口部像６１Ｐｂを形成する。屈折面７２ｃで屈折された光は、図１１−３で示す位置に開口部像６１Ｐｃを形成する。屈折面７２ｄで屈折された光は、図１１−４で示す位置に開口部像６１Ｐｄを形成する。図１１−１〜図１１−４は、同一の周期領域像６３Ｐについて、各開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄを分けて説明したものである。
【００５１】
実際は、これら４つの開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄが重なって、図１２に示すように投写される。このように、プリズム素子７１は、４つの屈折面７２を備えることにより、開口部６１の開口部像６１Ｐを４つの開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄに分割してスクリーン３０に投影する。開口部像６１Ｐを複数に分割することで、行列状に開口部６１を配列することによる投写光の周期性を弱めることとなる。また、開口部像６１Ｐを複数に分割することにより、画像における規則的な模様等の周期性を弱めることも可能である。スクリーン３０に入射する投写光の周期性を弱めることにより、周期構造を有するスクリーン３０を用いる場合であっても光の干渉効果が低減される。また、プロジェクタ１０によって表示解像度よりも細かい(解像度の高い)画像を表示する場合であっても、プロジェクタ１０における周期構造と画像の周期性とに起因する光の干渉を低減することもできる。
【００５２】
このようにして、ローパスフィルタであるプリズム群２５を設けることによって、モアレの発生を低減することができる。空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとスクリーン３０との間の光路中にプリズム群２５を設ける構成とすることにより、スクリーン３０の構成によらず光の干渉を低減可能であることから、スクリーン３０は、光の干渉を低減するための構成とする必要が無くなる。スクリーン３０は、光の干渉を防止可能とするための構造上の制約を受けること無く、精細な画像の表示や、コストの削減が可能な構成とすることができる。これにより、モアレの発生を低減して精細な画像を表示できるという効果を奏する。
【００５３】
特に、本実施例では、周期領域像６３Ｐ内を隙間なく開口部像６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄで埋めている。このように、プリズム素子７１は、ブラックマトリックス部像６２Ｐの中心線像ＣＬＰの交点ＣＰａ、ＣＰｂ、ＣＰｃ、ＣＰｄと、開口部像（直接透過像）６１Ｐの一の角部とが略一致するように、屈折面７２の向き及び傾斜角度θを設定する。このため、スクリーン３０への投写光のムラを低減し、投写光の周期性を低減することができる。
【００５４】
図９−３に戻って、正方形のプリズム素子７１の一辺は長さＬａ、平坦部７３の一辺は長さＬｂを有するものとする。プリズム群２５のうち一のプリズム素子７１が占める面積Ｌａ×Ｌａを単位面積とする。平坦部７３は面積ＦＳ＝Ｌｂ×Ｌｂを有する。また、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄは各々面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を有する。ここで、平坦部７３を透過して直進した光の光量は、単位面積に占める平坦部７３の面積ＦＳに対応する。同様に、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄで屈折される光の総光量は、単位面積に占める屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４に対応する。ここで、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの面積Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４はそれぞれ略同一の大きさとすると、総面積Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＝４×Ｐ１となる。換言すると、平坦部７３又は屈折面７２の面積を制御することで、直進させる光の光量と、屈折させる光の光量を任意に設定できる。
【００５５】
モアレを効果的に低減するためには、平坦部７３を透過して直進した投写像（直接透過像）の光量と、屈折面７２で屈折された投写像の光量とが同等であることが望ましい。例えば、長さＬａ＝１．０、長さＬｂ＝０．７０７とすると、プリズム素子７１の単位面積は１．０（＝１．０×１．０）、平坦部７３の面積ＦＳは０．５（＝０．７０７×０．７０７）となる。また、それぞれ等しい面積を有する４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄを合計した総面積（４×Ｐ１）は０．５（＝１．０−０．５）である。このようにプリズム素子７１を設計すると、平坦部７３を透過して直進した光の光量と、４つの屈折面７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄで屈折した光の総光量とを等しくすることができる。このように、プリズム面の面積比を所望の比に設計することで光線強度比を自由に設計できる。
【００５６】
ローパスフィルタであるプリズム群２５は、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとスクリーン３０との間の光路中に配置する構成であれば良い。例えば、図１３に示すプロジェクタ１３０のように、クロスダイクロイックプリズム１８の射出面にプリズム群１３５を設ける構成としても良い。クロスダイクロイックプリズム１８で合成した各色光をプリズム群１３５に入射する構成とすることにより、プリズム群１３５を１つにでき、プロジェクタ１３０を簡易な構成にできる。なお、各空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとクロスダイクロイックプリズム１８との間に、それぞれプリズム群２５を設ける構成としても良い。色光ごとにプリズム群２５を設ける構成とすると、各波長に対応した屈折角度設定を行うことができる。さらに好ましい実施の形態としては、図２に示す通り、光路の瞳位置に挿入することで投写光が高密度に集光する位置にローパスフィルタを挿入することでローパスフィルタの小型化と光強度の均一化とを両立できる。
【００５７】
スクリーン３０の構成は、上記のものに限らず、規則性を持ったパターンの周期構造を有する構成であれば良い。例えば、スクリーン３０は、遮光部３４を設けない構成としても良い。プロジェクタ１０は、スクリーン３０に遮光部３４を設けない場合も、レンチキュラーレンズ３３を規則的に配置することに起因するモアレの発生を低減する効果を得ることができる。また、遮光部３４を設けない構成であれば、レンチキュラーレンズシート３２は、スクリーン３０の観察者側へ設ける構成としても良い。レンチキュラーレンズシート３２は、スクリーン３０の観察者側に設けることにより、スクリーン３０の視野角を広げる役割を果たす。この場合も、プリズム群２５を用いることでモアレの発生を低減することができる。
【００５８】
また、スクリーン３０は、レンチキュラーレンズシート３２に代えて、マイクロレンズアレイを設ける構成としても良い。マイクロレンズアレイとしては、例えば円形のマイクロレンズ素子をマトリックス状に配置するものを用いることができる。さらに、例えば光を略均一にする複数のロッドインテグレータを規則的に配置する場合や、光を散乱させる構造物を規則的に配置する場合においても、プリズム群２５を用いることでモアレの発生を低減することができる。
【００５９】
本実施例のスクリーン３０は、フレネルレンズ３０ａ及びレンチキュラーレンズシート３２の双方を有する。本発明は、周期構造を持つ空間光変調装置と、周期性を持つスクリーンの構造物とに起因するモアレを低減することを目的としている。このため、本発明は、スクリーン３０内にフレネルレンズ３０ａ及びレンチキュラーレンズシート３２の双方を有するプロジェクタ１００のほか、スクリーン内に少なくとも１つの周期構造を有するプロジェクタに有効である。
【００６０】
また、空間光変調装置としては透過型液晶表示装置を用いる場合に限られない。液晶表示装置としては、反射型液晶表示装置を用いても良い。例えばティルトミラーデバイスであるＤＭＤは、マイクロミラーを行列状に配置する構造を有する。このため、空間光変調装置としてＤＭＤを用いる場合であっても、液晶表示装置を用いる場合と同様にもモアレを低減することができる。また、自発光素子、例えば有機ＥＬ素子を用いる場合も、画素の周期構造に起因するモアレの発生を低減することができる。
【００６１】
図１４は、プリズム群２５を設けることによる投写光の強度分布の変化を説明するものである。図１４に示すグラフは、いずれも縦軸を投写光の強度Ｉ、横軸をＸ方向における距離ｘ（Ｉ、ｘはいずれも任意単位）としている。開口部像６１Ｐの移動量である距離Ｓ（図１０参照）は、プリズム群２５の屈折面７２の傾斜角度θにより複数の開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離である。ここで、複数の開口部６１のピッチとは、隣り合う開口部６１の中心位置間の距離をいう。
【００６２】
スクリーン３０においてｘ＝０、２０、４０のそれぞれの位置を中心として画素部である開口部６１の像が３つ配列しているとする。プリズム群２５を設けない場合、投写光Ａ１は、開口部６１像の中心をピークとする強度分布を示す。また、開口部６１像がそのままスクリーン３０に投影されるため、ブラックマトリックス部６２の像が形成されるｘ＝１０、３０の位置は、投写光の強度Ｉが略ゼロになる。投写光の強度Ｉの最大値と最小値と差ΔＩが大きいほど投写光の周期性が強められ、モアレが発生し易い状態になる。
【００６３】
開口部６１のピッチの略２分の１の距離の位置に開口部６１像を形成するプリズム群２５を設ける場合、開口部６１からの光は、屈折する光と直進する光とに分離される。開口部６１から直進する光Ｂ２の強度は、光Ａ１と比較して、一部の光を分離した分弱められる。プリズム群２５で屈折した光は、半ピッチずれた位置であるｘ＝１０、３０の位置をピークとする強度の光Ｃ２となる。プリズム群２５を直進する光Ｂ２と屈折する光Ｃ２を合わせた光Ａ２は、光Ａ１と比較して強度差ΔＩを小さくすることができる。
【００６４】
開口部６１のピッチの略４分の１の距離の位置に開口部像を形成するプリズム群２５を設ける場合、開口部６１からの光は、直進する光Ｂ３と、４分の１ピッチずれた位置をピークとする光Ｃ３、Ｄ３とに分離される。光Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３を合わせた光Ａ３は、光Ａ１と比較して強度差ΔＩを小さくすることができる。強度差ΔＩを小さくすると、画素構造に起因する投写光の規則性を弱め、スクリーン３０の周期構造における光の干渉を低減できる。また、プロジェクタ１０における周期構造と、画像の模様との重なり合いによる光の干渉も低減できる。このように、画素部である開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ開口部６１の投影像を導くようなプリズム群２５を設けることにより、モアレの発生を低減することができる。
【００６５】
ここでは、開口部６１の投影像をＸ方向にシフトする例を用いて説明したが、Ｘ方向に限らず、Ｙ方向についても、開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ開口部６１の投影像を導くこととしても良い。さらに、開口部６１の投影像を斜め方向の位置にシフトする場合において、複数の開口部６１の斜め方向のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ投写像を導くこととしても良い。
【００６６】
プリズム群２５は、屈折面７２の向きや傾斜角度に応じて開口部６１像の位置を適宜設定することができる。例えば、図１５−１に示すように、開口部像１５１Ｐを矢印で示す斜め４５°方向に距離Ｓだけ離れた位置に分離する。そして、４つの開口部像１５１Ｐａ、１５１Ｐｂ、１５１Ｐｃ、１５１Ｐｄにより新たな開口部像１５０Ｐを形成しても良い。また、図１５−２に示すように、開口部像１５２Ｐを距離Ｓだけ離れた位置に分離し、２つの開口部像１５２Ｐａ、１５２Ｐｂを重ね合わせることで新たな開口部像１５３Ｐを形成しても良い。
【００６７】
図１６−１〜１６−４は、プリズム素子の形状の様々なバリエーションの例を示す。例えば、図１６−１は、屈折面１６１ａと平坦部１６１ｂとを有する台形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１６１を示す。図１６−２は、屈折面１６２ａと平坦部１６２ｂとを有し、台形形状のプリズム素子が隙間無く設けられたプリズム群１６２を示す。図１６−３は、屈折面１６３ａと平坦部１６３ｂとを有し、三角形形状のプリズム素子が所定の間隔で設けられたプリズム群１６３を示す。図１６−４は、屈折面１６４ａのみからなるブレーズ型のプリズム群１６４を示す。このように、屈折面の向き、傾斜角度、面積をパラメータとして様々なバリエーションをとることができる。
【００６８】
図１７は、プリズム群の他の形態の一部を拡大した概略構成を示す。プリズム群２１０は、四角錐形状の第１のプリズム素子２１１と、四角錐形状の第２のプリズム素子２１２とから構成されている。第１のプリズム素子２１１は、その一辺が中心線ＣＬに略４５°をなすように形成されている。第２のプリズム素子２１２は、その一辺が中心線ＣＬに略平行となるように形成されている。さらに、第１のプリズム素子２１１と、第２のプリズム素子２１２との周囲には平坦部２１５が設けられている。
【００６９】
図１８に示すように、平坦部２１５を透過した光により、開口部像（直接透過像）２２０Ｐが形成される。そして、第１のプリズム素子２１１の屈折面２１３により、中心線像ＣＬＰに対して４５°方向へ開口部像２１３Ｐが形成される。第２のプリズム素子２１２の屈折面２１４により、中心線像ＣＬＰに平行な方向へ開口部像２１４Ｐが形成される。そして、これらの投写像がブラックマトリックス部６２像を隙間なく埋めるように屈折面の向き、傾斜角度を設定する。これにより、投写像の強度ムラを少なくすることができる。また、プリズム群２１０と同様の屈折作用を生じさせるプリズム群の形状は様々な変形をとることができる。例えば、図１９に示すような屈折面２３１と平坦部２３２とを有するプリズム群２３０を用いることもできる。このように、プリズム屈折面と平坦面を所望の面積比で任意の形状で形成することが可能である。
【実施例２】
【００７０】
図２０は、実施例２に係るローパスフィルタであるプリズム群２４０の要部斜視構成を示す。本実施例のプリズム群２４０は、上記の実施例１のプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プリズム群２４０は、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂとから構成されている。プリズム素子２４１ａは、第１の方向であるｙ軸方向における断面形状が略台形形状である。また、プリズム素子２４１ａは、第１の方向であるｙ軸方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に長手方向を有している。プリズム素子２４１ａのｙ軸方向における断面形状の台形形状のうち、２つの斜面Ｙ１、Ｙ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子２４１ａのｙ軸方向における断面形状のうち、上面Ｙ０は平坦部として機能する。このため、斜面Ｙ１又は斜面Ｙ２に入射した光は、斜面の角度に対応する方向へ屈折する。屈折した光により屈折透過像が形成される。また、上面Ｙ０に入射した光は、そのまま透過する。そのまま透過した光により直接透過像が形成される。
【００７１】
プリズム素子２４１ｂは、プリズム素子２４１ａと同様の構成である。プリズム素子２４１ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、２つの斜面Ｘ１、Ｘ２は屈折面として機能する。また、プリズム素子２４１ｂのｘ軸方向における断面形状のうち、上面Ｘ０は平坦部として機能する。そして、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂは、それぞれの長手方向どうしが略直交するように設けられている。
【００７２】
本実施例のプリズム群２４０は、プリズム素子２４１ａの平面側と、プリズム素子２４１ｂの平面側とを向かい合わせて固着している。しかし、これに限られず、以下の（１）〜（３）のいずれの構成でも良い。
（１）プリズム素子２４１ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子２４１ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
（２）プリズム素子２４１ａの斜面Ｙ１、Ｙ２等が形成されている面と、プリズム素子２４１ｂの平面側とを向かい合わせて固着する構成。
（３）プリズム素子２４１ａの平面側と、プリズム素子２４１ｂの斜面Ｘ１、Ｘ２等が形成されている面とを向かい合わせて固着する構成。
なお、図２０ではプリズム面が接する構成で説明しているが、両面が空気と接する構成でもよい。
【００７３】
図２１は、プリズム群２４０による入射光の分岐を示す。図２１において、向かって左側から右側へ向かって入射光ＸＹが進行する。なお、図２１の一部では、説明の便宜上、斜面Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２の符号を用いて光線を特定する。入射光ＸＹは、点線で示すプリズム素子２４１ａにより、斜面で屈折する光線Ｙ１、Ｙ２と、上面をそのまま透過する光線Ｙ０との３つの光線に分岐される。分岐された３つの光線Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２は、さらにプリズム素子２４１ｂにより、それぞれ３つの光線に分岐される。この結果、入射光ＸＹは、９つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ０、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２に分岐される。
【００７４】
次に、分岐された９つの光線の投影面における位置を、図２２を用いて説明する。光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の領域を太い枠で囲って示す。屈折した光による画素部の投影像は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂの長手方向に対してそれぞれ直交する方向へ形成することができる。プリズム群２４０は、２組のプリズム素子２４１ａ、２４１ｂの長手方向どうしが略直交するように構成されている。これにより、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の領域の周辺に、８つの光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の領域が形成される。図２２では、それぞれの領域に光線の符号を付して示す。また、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像は、複数の開口部６１の位置に対応して周期的に隣接して形成される。プリズム群２４０は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂにより、光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像どうしの間の領域に屈折透過像を形成する。これにより、投写光の周期性を低減することができる。
【００７５】
また、プリズム群２４０は、平坦面であるプリズム素子２４１ａの上面Ｙ０、プリズム素子２４１ｂの上面Ｘ０を経由した光強度の総和をＰＷ０、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２を経由した光強度の総和をＰＷ１とそれぞれしたとき、
ＰＷ０≧ＰＷ１
を満足している。なお、ＰＷ０、ＰＷ１は、いずれもスクリーン３０における光強度である。
【００７６】
光線Ｙ０Ｘ０による直接透過像の光強度の総和は、平坦部である上面Ｙ０、Ｘ０の面積に対応する。また、光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の光強度の総和は、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２の面積に対応する。ここで、光線Ｙ１Ｘ１、Ｙ１Ｘ０、Ｙ１Ｘ２、Ｙ０Ｘ１、Ｙ０Ｘ２、Ｙ２Ｘ１、Ｙ２Ｘ０、Ｙ２Ｘ２による屈折透過像の光強度の総和ＰＷ１が、直接透過像の光強度の総和ＰＷ０よりも大きくなってしまうと、観察者は、例えばゴーストのような二重の画像を認識する場合がある。
【００７７】
本実施例では、ＰＷ０≧ＰＷ１を満足するように構成されている。このため、上記実施例１と同様にモアレの発生を低減することができる。また、好ましくは、ＰＷ０＞ＰＷ１を満足することが望ましい。さらに好ましくは、ＰＷ０＞０．９×ＰＷ１を満足することが望ましい。これにより、画素配列による光強度分布を均一化しつつ元の画素情報を維持できることで、モアレを低減でき、さらに高精細な投写像が得られる。
【００７８】
図２３−１は、スクリーン３０における投写像の光強度分布を示す。図２３−１の横軸はスクリーン３０上の位置座標、縦軸は任意の強度単位をそれぞれ示す。説明の簡単のため、図２２に示す直接透過像の領域Ｉと、隣接する直接透過像の領域Ｋと、これらの領域の間の領域Ｊとの３つの領域の略中心を通るＢＢ断面について説明する。即ち、図２３−１の横軸の符号Ｉで示す部分は図２２の領域Ｉに相当し、符号Ｊで示す部分は図２２の領域Ｊに相当し、符号Ｋで示す部分は図２２の領域Ｋに相当する。
【００７９】
図２３−１に示すように、スクリーン３０において、平坦部である上面Ｙ０、Ｘ０からの光により形成される開口部６１の投影像の領域Ｉ、領域Ｋの強度分布の第１のピーク値Ｐａは、屈折面である斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２を経由した光により形成される開口部６１の投影像の領域Ｊの強度分布の第２のピーク値Ｐｂよりも大きい。例えば、第２のピーク値Ｐｂは、第１のピーク値Ｐａの略半分のパワー配分に設定する。この光強度のパワー配分は、プリズム素子２４１ａ、２４１ｂの上面Ｙ０、Ｘ０と、斜面Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、Ｘ２との面積比に応じて制御できる。さらに、第１のピーク値Ｐａと第２のピーク値Ｐｂとの間の領域については、所定の強度分布曲線ＣＶに応じた光強度となる。これにより、投写光の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。
【００８０】
光強度分布の変形例を図２３−２、２３−３、２３−４にそれぞれ示す。図２３−２において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布のそれぞれ２つの第１のピーク値Ｐｃは、領域Ｊの第２のピーク値Ｐｃよりも大きい。図２３−３において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布の第１のピーク値Ｐｅは、領域Ｊの２つの第２のピーク値Ｐｆよりも大きい。図２３−４において、領域Ｉ、領域Ｋの光強度分布のそれぞれの第１のピーク値Ｐｇは、領域Ｊの第２のピーク値Ｐｇと略同じ大きさである。これらのパワー配分のとき、投写光の周期性を低減し、モアレの発生を低減することができる。
【実施例３】
【００８１】
図２４は、実施例３に係るローパスフィルタであるプリズム群２８０の要部断面構成を示す。本実施例のプリズム群２８０は、上記の実施例１のプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。プリズム群２８０は、２つの屈折面２８０ａが周期的なＶ字形状の溝を形成している。屈折面２８０ａと光軸ＡＸとの交点で平坦部２８０ｂから最も離れた位置において光軸ＡＸに略垂直方向に形成される基準面２８１と、平坦部２８０ｂとは距離ｄだけ離れている。距離ｄはＶ字形状の溝の深さに対応する。以下、適宜、距離ｄのことを深さｄと呼ぶ。そして、距離ｄは、条件式（１）又は（２）を満足している。
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （１）
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （２）
【００８２】
ここで、プリズム群２８０を構成する部材の屈折率をｎ、プリズム群２８０へ入射する光の波長をλとそれぞれする。本実施例では、距離ｄ（深さ）を１１００ｎｍとしている。Ｖ字形状の溝の深さが条件式（Ａ）、
ｄ＝λ／｛２×（ｎ−１）｝    （Ａ）
の条件を満足すると、プリズム群２８０による回折効果が向上してしまう。
【００８３】
本実施例では、入射光として超高圧水銀ランプ１１からの光のうち可視光領域の光を用いる。例えば、入射光の波長λ＝４８０ｎｍ、プリズム群２８０の屈折率ｎ＝１．４６の場合、条件式（Ａ）より、
ｄ＝４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝５２２ｎｍ
となる。
【００８４】
同様に、入射光の波長λ＝６５０ｎｍ、プリズム群２８０の屈折率ｎ＝１．４６の場合、条件式（Ａ）より、
ｄ＝６５０／｛２×（１．４６−１）｝
＝７０７ｎｍ
となる。
【００８５】
このように、入射光の波長λが４８０ｎｍの場合、Ｖ字形状の溝の深さｄが５２２ｎｍの時に回折光が有効に生じてしまう。また、入射光の波長λが６５０ｎｍの場合、Ｖ字形状の溝の深さｄが７０７ｎｍの時に回折光が有効に生じてしまう。回折光は、周期構造を有するスクリーン３０で光が干渉することにより、モアレを引き起こす場合がある。本実施例では、Ｖ字溝の深さｄが回折光を生じさせないこと、又は回折光が生じても観察者が認識しない程度であることが望ましい。
【００８６】
このため、本実施例では、条件式（１）又は（２）を満足することで、条件式（Ａ）で規定される距離ｄ（深さ）と異ならせることができる。例えば、本実施例において、波長λ＝４８０ｎｍの場合、条件式（１）より、
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝０．９５×４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝４９６ｎｍ
条件式（２）より、
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝１．０５×４８０／｛２×（１．４６−１）｝
＝５４８ｎｍ
となる。
【００８７】
さらに、波長λ＝６５０ｎｍで、同様の計算を行うと、条件式（１）より、
ｄ＜０．９５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝０．９５×６５０／｛２×（１．４６−１）｝
＝６７１ｎｍ
条件式（２）より、
ｄ＞１．０５×λ／｛２×（ｎ−１）｝
＝１．０５×６５０／｛２×（１．４６−１）｝
＝７４２ｎｍ
となる。本実施例では、上述のように深さｄ＝１１００ｎｍとしている。これにより、何れの波長λにおいても条件式（２）を満足するため、プリズム群における回折光の発生を低減することができる。これにより、モアレの発生を低減することができるという効果を奏する。
【００８８】
本実施例において、好ましくは、以下の条件式（３）又は（４）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．９×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （３）
ｄ＞１．１×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （４）
さらに好ましくは、以下の条件式（５）又は（６）を満足することが望ましい。
ｄ＜０．７×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （５）
ｄ＞１．３×λ／｛２×（ｎ−１）｝    （６）
上記条件式（３）〜（６）のいずれかを満足することで、プリズム群２８０からの回折光の強度をさらに小さくすることができる。これにより、さらにモアレの発生を低減することができる。
【００８９】
図２５は、本実施例の変形例１に係るローパスフィルタであるプリズム群２９０の要部断面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例では、基準面２９１から平坦部２９０ｂまでの距離ｄ１、ｄ３、ｄ５と、基準面２９１から屈折面２９０ａ上の所定位置までの距離ｄ２、ｄ４、ｄ６と、がそれぞれ非周期的となるように形成されている。基準面２９１は、光軸ＡＸに対し略垂直でありプリズム群２９０が形成されている基板の一方の面である。ここで、屈折面２９０ａ上の所定位置とは、屈折面２９０ａのうち最も基準面２９１に近い位置をいう。
【００９０】
プリズム群２９０により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の周期的な構造を挙げることができる。本実施例では上述の非周期的な構成により、プリズム素子の周期的構造に起因する回折光の発生を低減することができる。プリズム群における回折光の発生を低減することにより、モアレの発生を低減することができる。
【００９１】
図２６は、本実施例の変形例２に係るローパスフィルタであるプリズム群３００の要部斜視構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例では、プリズム群３００のプリズム素子３０１は、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の形状に沿って、透明プレート３０２上に配列されている。そして、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の数が単位面積ａφあたりに５本である。なお、略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５の数は、単位面積あたり１５本以下であれば良い。プリズム素子３０１は、単位面積あたり１５周期以下の周期で設けられている。単位面積ａφの説明は、後述する。
【００９２】
図２７は、単位面積ａφ近傍の正面図である。略直線Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌａ３、Ｌａ４、Ｌａ５に略直交して、略直線Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４、Ｌｂ５、Ｌｂ６の６つの直線が形成されている。直線Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４、Ｌｂ５、Ｌｂ６についても、単位面積あたり１５本以下であれば良い。このように、プリズム群３００のプリズム素子３０１は、略直交する格子状に形成されている。
【００９３】
図２８は、単位面積ａφを説明するための超高圧水銀ランプ１１からスクリーン３０までの光路を示す。図２８では、説明の簡便のため、光学系としては、照明系ＩＬＬを構成する超高圧水銀ランプ１１とインテグレータ１２、及び投写系ＰＬを構成する投写レンズ２０のみを示し、他の色分解光学系などの図示を省略する。また、便宜上、投写レンズ２０は、両凸形状の単レンズとして示している。図２８において、投写レンズ２０と投写系ＰＬとは一致している。また、便宜上、空間光変調装置１７Ｒを透過する光について示している。
【００９４】
超高圧水銀ランプ１１からの照明光はインテグレータ１２に入射する。インテグレータ１２は、超高圧水銀ランプ１１からの照明光を重畳させて空間光変調装置１７Ｒを照明する。インテグレータ１２からの照明光は、所定の角度分布をもって空間光変調装置１７Ｒに入射する。空間光変調装置１７Ｒ上の位置ＯＢＪは、様々な入射角度の光により重畳的に照明される。そして、位置ＯＢＪからの光は、照明系ＩＬＬのＦナンバーで空間的に拡がりながらプリズム群３００に入射する。空間光変調装置１７Ｒを射出した光は、プリズム群３００を透過して投写レンズ２０へ入射する。
【００９５】
空間光変調装置１７Ｒの変調面とスクリーン３０とは共役関係にある。このため、空間光変調装置１７Ｒ上の位置ＯＢＪは、スクリーン３０上の位置ＩＭＧに結像する。このとき、空間光変調装置１７Ｒ上の位置ＯＢＪからの光は、投写レンズ２０のＦナンバーと同一、又は小さいＦナンバーの光が、投写レンズ２０によりスクリーン３０に投写される。照明系ＩＬＬのＦナンバーと投写系ＰＬのＦナンバーとは、以下の３通りの関係（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）が考えられる。
（Ｂ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＞投写系ＰＬのＦナンバー
（Ｃ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＝投写系ＰＬのＦナンバー
（Ｄ）  照明系ＩＬＬのＦナンバー＜投写系ＰＬのＦナンバー
【００９６】
何れの関係においても、空間光変調装置１７Ｒ上で、照明系ＩＬＬ又は投写系ＰＬの小さいほうのＦナンバーで規定される角度範囲の光だけが有効にスクリーン３０に投写される。例えば、関係（Ｂ）又は（Ｃ）の場合、次式が成立する。
１／（２ＦＩＬＬ）＝ｓｉｎθａ
ここで、ＦＩＬＬは投写系ＰＬのＦナンバー、θａは位置ＯＢＪから射出した光の光軸とのなす角度、である。
【００９７】
空間光変調装置１７Ｒから空間的な拡がり角度θａで射出した光は、プリズム群３００上の円形領域である単位面積ａφを照射する。このように、プリズム群３００上の単位面積ａφのからの光は、全て投写レンズ２０でスクリーン３０に投写される。また、これに対して、上記関係条件式（Ｄ）の場合、照明系ＩＬＬのＦナンバーでスクリーン３０に有効に投写されるプリズム群３００上の単位面積ａφが規定される。
【００９８】
従って、何れの関係（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）においても、プリズム群３００上の単位面積ａφからの光は、投写レンズ２０により有効にスクリーン３０に投写される。上述したように、プリズム群３００により回折光が生ずる構造の一つとして、プリズム素子の配列の周期的な構造を挙げることができる。本変形例では、プリズム群３００が単位面積ａφあたりに略直線Ｌａ１〜Ｌａ５、Ｌｂ１〜Ｌｂ６の形状に沿って配列されている。このため、略直線の数が単位面積ａφあたりに１５本以下である。これにより、プリズム素子の配列の周期的構造に起因する回折光の発生を低減し、モアレの発生を低減することができる。また、プリズム素子は、単位面積ａφ内に３周期以上の周期で設けることで、略均一な画像を得ることができる。
【００９９】
さらに、単位面積ａφあたりの、所定の方向に屈折させる屈折面７２の面積の総和、及び平坦部７３の面積の総和は、何れの単位面積においても同一の値としても良い。これにより、投写される画像は回折光が低減され、かつ、プリズム群３００から所定距離だけ離れたスクリーン３０において、ブラックマトリックス部６２の投影像の領域に重畳的に開口部６１の投影像が形成される。従って、スクリーン３０への投写光のムラを低減し、投写光の周期性を低減することができる。
【０１００】
また、本変形例で好ましくは、プリズム群は、単位面積ａφあたり３個以上１５個以下、又は３周期以上１５周期以下の周期でプリズム素子を設けることが望ましい。さらに好ましくは、プリズム群は、単位面積ａφあたり５個以上１２個以下、又は５周期以上１２周期以下の周期でプリズム素子を設けることが望ましい。これにより、プリズム素子の配列の周期的構造に起因する回折光の発生を確実に低減し、モアレを確実に低減することができると共に均一な映像が得られる。
【０１０１】
図２９−１は、プリズム群３３０を硝子で構成する場合の要部断面構成を示す。この場合、深さｄ１＝約３０ｎｍ、基準面３３１に対する角度θ１＝約０．０６°である。また、図２９−２は、プリズム群３３０をアクリル又はゼオネックス（商品名）で構成する場合の要部断面構成を示す。プリズム群３３０上には、さらに光学的に透明な樹脂基板３３２と硝子基板３３３とを形成する。この場合、深さｄ２＝約１μｍ、角度θ２＝約０．９７°である。このように、図２９−１の構成に比較して、深さ、角度ともに大きくなるため、プリズム群３３０の製造が容易となる。
【０１０２】
図３０は、本実施例の変形例３に係るローパスフィルタであるプリズム群３４０の要部断面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例のプリズム群３４０は、３つのプリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを交互に配列して光学的接着剤で固着して構成されている。図３１に示すように、プリズム素子３４１ａ、３４１ｃは、互いに屈折面３５１ａ、３５２ｃの傾斜する方向が反対に形成されている帯状のプリズム素子である。また、プリズム素子３４１ｂは、平坦部３５１ｂが形成されている平行平板である。そして、プリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを一組として、複数の組を配列してプリズム群３４０を構成する。さらに、プリズム群３４０を略直交する２方向に重ねて設ける。これにより、平坦部３５１ｂと、略直交する２方向に屈折させる屈折面３５１ａ、３５１ｃとを有するプリズム群と同様の機能を有する。
【０１０３】
本変形例では、略平板状のプリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを製造すれば良い。このため、極めて簡便にプリズム群３４０を製造することができる。また、単位面積ａφあたりに、プリズム素子３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃを１５本以下配列することで、回折光を低減できる。
【０１０４】
図３２は、本実施例の変形例４に係るローパスフィルタであるプリズム群３６０の要部上面構成を示す。上記のプリズム群２８０と同一の部分については、重複する説明を省略する。本変形例のプリズム群３６０は、プリズム素子３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃの位置、深さ、がそれぞれ非周期（ランダム）に単位面積ａφ内に配列されている。これにより、回折光を低減できる。また、単位面積ａφあたりの、所定の方向に屈折させる屈折面３６２の面積の総和、及び平坦部３６３の面積の総和は、何れの単位面積ａφにおいても同一の値としても良い。なお、本発明は、本実施例で述べた各構成に限られない。プリズム群が、回折光を生じさせない構成、又は回折光を生じていても観察者が認識しない構成は、本実施例の各構成を任意に組み合わせる構成でも良い。
【実施例４】
【０１０５】
図３３は、実施例４に係るローパスフィルタである位相回折格子素子３７０の要部斜視構成を示す。本実施例の位相回折格子素子３７０は、上記の実施例１のプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。位相回折格子素子３７０は、透明プレート３７２の表面に、略正方形の凹部３７１を市松模様状に配置して構成されている。実施例１と同様に、位相回折格子素子３７０を設けない場合、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからの光により、周期領域が繰り返し配列するパターンの像がそのままスクリーン３０に投写される。位相回折格子素子３７０は、一の画素部からの光のうち１次回折光を所定方向へシフトした位置に入射させる。
【０１０６】
図３４は、空間光変調装置１７Ｒ、位相回折格子素子３７０及びスクリーン３０の関係を示す。理解を容易にするため、空間光変調装置１７Ｒ、位相回折格子素子３７０、及びスクリーン３０を除く反射ミラー２１等他の構成部の図示を省略する。一の画素部である開口部６１を透過したＲ光は、円錐形状の発散光となって進行する。そして、このＲ光は、位相回折格子素子３７０のうちの一部に入射する。
【０１０７】
位相回折格子素子３７０の凹部３７１、及び凹部３７１の周辺の凸部は、空間光変調装置１７Ｒの射出面に略平行な面を有する。光軸方向の光は、空間光変調装置１７Ｒに略平行な位相回折格子素子３７０の面に対して略垂直に入射する。位相回折格子素子３７０に対して略垂直に入射した光は、位相回折格子素子３７０で屈折作用を受けることなく、そのまま０次光となって直進する。
【０１０８】
位相回折格子素子３７０は、０次光の他に回折光を生じさせる。位相回折格子素子３７０で生じる回折光のうち、１次回折光は、強度が最大である。本実施例の位相回折格子素子３７０は、回折光のうち強度が大きい１次回折光を用いて開口部６１像を形成する構成としている。位相回折格子素子３７０へ入射する光の入射角αと回折角βとの関係は、位相回折格子素子３７０のピッチｄ１及び入射光の波長λにより、以下に示す条件式で表すことができる。
【０１０９】
ｍλ＝ｄ１（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）
ここで、ｍは回折光の次数である。１次回折光を利用することから、
λ＝±ｄ１（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）
である。
【０１１０】
回折方向に関して、ある角度差Δθだけ異なる一対の光線のうちの一方を直進させ、他方を回折させて同一位置に入射させる場合、
ｄ１＝λ／｛ｓｉｎα−ｓｉｎ（α−Δθ）｝
となる。空間光変調装置１７Ｒを射出する光束が略平行光であるとすると、α≒０°であるから、
ｄ１≒λ／ｓｉｎθ
となる。
【０１１１】
位相回折格子素子３７０からの０次光は、位相回折格子素子３７０から直進して開口部６１像を形成する。位相回折格子素子３７０と距離Ｌだけ離れたスクリーン３０において、０次光の入射位置と１次回折光の入射位置との距離Ｓは、次式で表される。
Ｓ＝Ｌ×Δθ
従って、
Ｓ≒（λ×Ｌ）／ｄ１
となる。
【０１１２】
位相回折格子素子３７０の凹部３７１のピッチｄ１を制御することで、スクリーン３０における開口部像６１Ｐの移動量である距離Ｓを任意に設定することができる。位相回折格子素子３７０の凹部３７１のピッチｄ１は、例えば４００〜７００ｎｍとすることができる。また、１次回折光の入射位置をシフトさせる方向は、位相回折格子素子３７０の向きを制御することで任意に設定できる。
【０１１３】
位相回折格子素子３７０の凹部３７１の深さｄ２は、位相回折格子素子３７０の屈折率がｎである場合、次式で表される。
ｄ２＝λ／｛２（ｎ−１）｝
この場合、特定の透過波長λに対して理論上７０パーセント程度の１次回折光を取り出すことができる。
【０１１４】
位相回折格子素子３７０で生じた０次光は、位相回折格子素子３７０で屈折せずそのまま直進して開口部６１像を形成する。また、位相回折格子素子３７０で生じた１次光は、所定方向へシフトした位置に入射することで、ブラックマトリックス部６２像の上に開口部６１像を形成する。このようにして、位相回折格子素子３７０は、上記実施例１のプリズム群２５と同様に、開口部６１の像を複数に分割してスクリーン３０に投影する。これにより、モアレの発生を低減して精細な画像を表示できるという効果を奏する。このとき単位面積内に５周期以上のパターンを有することで略均一な強度の回折光が得られる。
【０１１５】
なお、位相回折格子素子３７０は、矩形の位相格子パターンを設ける構成に限らず、正弦波形状、ブレーズ型、台形型、三角形等の位相格子パターンを設ける構成としても良い。位相回折格子素子３７０によって投影する開口部６１像のパターンは、上記実施例１のプリズム群２５の場合と同様に、位相回折格子素子３７０の設計に応じて適宜設定することができる。また、位相回折格子素子３７０は、上記実施例１のプリズム群２５と同様に、投写レンズ２０の瞳に設ける構成に限らず、クロスダイクロイックプリズム１８の射出面に設けても良い。
【実施例５】
【０１１６】
図３５は、実施例５に係るローパスフィルタである複屈折部３９０の要部斜視構成を示す。本実施例の複屈折部３９０は、上記の実施例１のプロジェクタ１０に適用することができる。上記実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。複屈折部３９０は、水晶板３９２、３９４を有する。また、各水晶板３９２、３９４の入射側には、それぞれλ／４位相板３９１、３９３が設けられている。水晶板３９２、３９４は、光の振動面の向きによって異なる屈折率を示す、いわゆる異方性媒質である。各水晶板３９２、３９４は、１つの入射光をそれぞれ異なる振動方向を有する２つの偏光光に分離する。
【０１１７】
図３６は、複屈折部３９０における光の偏光状態を示す。実施例１で説明したように、各空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂから射出する変調光は、特定の振動方向を有する直線偏光である。また、水晶板３９２から射出する光も、それぞれ特定の振動方向を有する直線偏光である。各水晶板３９２、３９４は、単一の振動方向の直線偏光のみがそのまま入射する場合は、入射光を２つに分離することができない。
【０１１８】
水晶板３９２の入射側に設けられたλ／４位相板３９１は、各空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからの直線偏光を円偏光に変換する。入射光を円偏光に変換することにより、水晶板３９２は、入射光を２つに分離することができる。また、水晶板３９２は、互いに振動方向が直交する直線偏光を射出する。水晶板３９４の入射側に設けられたλ／４位相板３９３は、水晶板３９２からの直線偏光をそれぞれ円偏光に変換する。入射光を円偏光に変換することにより、水晶板３９４は、それぞれの入射光をさらに２つに分離することができる。
【０１１９】
複屈折部３９０は、入射側から水晶板３９１、λ／４位相板３９２、水晶板３９３、λ／４位相板３９４の順で構成することで、所望の方向に変調光を２つに分離することができる。なお、複屈折部３９０は、水晶板３９２、３９４、λ／４位相板３９１、３９３を互いに間隔を設けて配置する場合に限らず、互いに重ね合わせる構成としても良い。
【０１２０】
なお、例えば空間光変調装置としてＤＭＤを用いる場合、画像信号に応じた変調は、偏光光の振動方向とは何ら関わり無く行われる。この場合、変調光が単一の振動方向の直線偏光のみとはならないことから、変調光を直接複屈折部３９０に入射することができる。従って、ＤＭＤのように、偏光とは関わり無く変調を行う空間光変調装置を用いる場合、水晶板３９２の入射側のλ／４位相板３９１が不要となる。
【０１２１】
図３７は、水晶板３９２、３９４による光の分離を説明するものである。ここでは、λ／４位相板３９１、３９３の図示を省略して説明を行う。水晶板３９２は、結晶方位に対する回転角が０°となるように設けられているとする。例えば、光線Ａのうち鉛直方向に振動する直線偏光である光線Ｂは、水晶板３９２においてあたかも等方性媒質中を進行するかのようにふるまう。例えば、光線Ｂは、水晶板３９２において所定の屈折率による屈折作用を受けて進行する。
【０１２２】
これに対して、水晶板３９２は、光線Ａのうち光線Ｂの振動方向に略直交する方向に振動する光線Ｃについて、光線Ｂの場合とは異なる屈折率を示す。このため、光線Ｃは、水晶板３９２において光線Ｂとは異なる方向へ進行するような屈折作用を受ける。水晶板３９２は、このようにして単独の光線Ａを、互いに振動方向が略直交する２つの直線偏光である光線Ｂ及び光線Ｃに分離する。なお、図において点Ｂ、点Ｃはそれぞれ光線Ｂ、光線Ｃを示し、それぞれに付した両矢印は、それぞれの直線偏光の振動方向を示す。
【０１２３】
水晶板３９２を射出する光線Ｂ及び光線Ｃの間隔、即ち光線の分離幅ｐ１は、水晶板３９２の厚みｔ１によって決定される。水晶板による光線の分離幅ｐは、水晶板の厚みｔを用いて、次式により簡易的に決定することができる。
ｄ＝５．９×１０-3×ｔ
【０１２４】
水晶板３９４は、結晶方位に対して角度θだけ回転させて配置されているとする。水晶板３９４は、例えば、入射光のうち、水平面に対して角度θをなす直線の方向に振動する直線偏光を屈折する。例えば、光線Ｂのうちの一部である光線Ｅは、水晶板３９４においてあたかも等方性媒質中を進行するかのようにふるまう。光線Ｅは、水平面に対して角度θをなす面に対して、略垂直な方向に振動する直線偏光である。例えば、光線Ｅは、水晶板３９４において所定の屈折率による屈折作用を受けて進行する。
【０１２５】
これに対して、水晶板３９４は、光線Ｂのうち光線Ｅの振動方向に略直行する方向、即ち水平面に対して角度θをなす方向に振動する光線Ｆについて、光線Ｅの場合とは異なる屈折率を示す。このため、光線Ｆは、水晶板３９４において光線Ｅとは異なる屈折作用を受け、光線Ｅとは異なる方向へ進行する。水晶板３９４は、このようにして単独の光線Ｂを、互いに振動方向が略直交する２つの直線偏光である光線Ｅ及び光線Ｆに分離する。光線Ｃは、光線Ｂの場合と同様に、光線Ｇと光線Ｈとに分離される。水晶板３９４による光線の分離幅ｐ２は、水晶板３９４の厚みｔ２によって決定される。
【０１２６】
このようにして、水晶板３９２、３９４は、光線Ａを４つの光線Ｆ、Ｇ、Ｅ、Ｈに分離する。光線Ｆ、Ｇ、Ｅ、Ｈは、光軸に垂直な平面において、角度θを有する平行四辺形の頂点に位置するように分離されている。水晶板３９２、３９４による光線の分離パターンは、各水晶板３９２、３９４の厚みｔ１、ｔ２と、結晶方位に対する角度とによって、適宜設定することができる。
【０１２７】
複屈折部３９０は、１つの開口部６１像から４個の開口部６１像を投影することが可能となる。複屈折部３９０に入射した光のうち一部の光は、所定方向へ屈折することで、ブラックマトリックス部６２像の上に開口部６１像を形成する。このようにして、複屈折部３９０は、上記実施例１のプリズム群２５と同様に、開口部６１の像を複数に分割してスクリーン３０に投影する。これにより、モアレの発生を低減して精細な画像を表示できるという効果を奏する。１つの光線は、単独の水晶板によって２つの光線に分離可能である。このため、複屈折部３９０に設ける水晶板の数に応じて、１つの開口部６１像から分割して投影する開口部６１像の数を適宜設定することが可能である。
【０１２８】
入射光の偏光成分に偏りがある場合、複屈折部３９０によって分割された光の強度に偏りを生じる場合がある。この場合、例えば偏光解消板を用いることにより、偏光成分の偏りを解消し、分割された光の強度の偏りを低減することができる。これにより、一の開口部６１からの光によって分割された各開口部６１像の光強度を略同一とし、投写光の周期性を有効に低減することができる。
【０１２９】
図３８は、複屈折部３９０を設けることによる投写光の強度分布の変化を説明するものである。図３８に示すグラフは、いずれも縦軸を投写光の強度Ｉ、横軸をＸ方向における距離ｘ（Ｉ、ｘはいずれも任意単位）としている。上記実施例１と同様に、複屈折部３９０での屈折による開口部６１像の移動量は、複数の開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離である。
【０１３０】
スクリーン３０においてｘ＝０、２０、４０のそれぞれの位置を中心として画素部である開口部６１の像が３つ配列しているとする。複屈折部３９０を設けない場合、投写光は、各開口部６１像の中心をピークとする強度の光Ａ１となる。また、開口部６１の像がそのままスクリーン３０に投影されるため、ブラックマトリックス部６２の像が形成されるｘ＝１０、３０の位置は、投写光の強度Ｉが略ゼロになる。投写光の強度Ｉの最大値と最小値との差ΔＩが大きいほど、投写光の周期性が強められてモアレが発生し易いこととなる。
【０１３１】
開口部６１のピッチの略２分の１の距離の位置に開口部６１像を形成する複屈折部３９０を設ける場合、開口部６１からの光は、屈折する光と直進する光とに分離される。開口部６１から直進する光Ｂ５の強度は、光Ａ１と比較して、一部の光を分離した分弱められる。複屈折部３９０で屈折した光は、半ピッチずれた位置であるｘ＝１０、３０の位置をピークとする強度の光Ｃ５となる。複屈折部３９０を直進する光Ｂ５と屈折する光Ｃ５とを合わせた光Ａ５は、光Ａ１と比較して強度差ΔＩを小さくすることができる。
【０１３２】
強度差ΔＩを小さくすると、画素構造に起因する投写光の規則性を弱め、スクリーン３０の周期構造における光の干渉を低減できる。また、プロジェクタ１０における周期構造と、画像の模様との重なり合いによる光の干渉も低減できる。このように、画素部である開口部６１のピッチの略２分の１以下の距離の位置へ開口部６１の投影像を導くような複屈折部３９０を設けることにより、モアレの発生を低減することができる。
【０１３３】
複屈折部３９０によって投影する開口部６１像のパターンは、上記実施例１のプリズム群２５の場合と同様に、複屈折部３９０の設計に応じて適宜設定することができる。特に、複屈折部３９０は、開口部６１の像を分割する数に応じて、水晶板の枚数を変更することができる。複屈折部３９０は、上記実施例１のプリズム群２５と同様に、投写レンズ２０の瞳に設ける構成に限らず、クロスダイクロイックプリズム１８の射出面に設けても良い。また、複屈折部３９０は、異方性媒質として水晶を用いる構成に限らず、他の光学結晶、例えばニオブ酸リチウムや方解石を用いることができる。
【０１３４】
なお、上記のプロジェクタ１０において、各実施例のローパスフィルタを冷却する冷却部を設ける構成としても良い。ローパスフィルタを冷却可能な構成とすることにより、熱によるローパスフィルタの劣化を低減し、モアレの発生を確実に低減することができる。また、上記のプロジェクタ１０は、光源部として超高圧水銀ランプ１１を用いているが、例えば、レーザ光源や、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上のように、本発明に係るプロジェクタは、高画質な画像を用いるプレゼンテーションや高精細の動画を鑑賞する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。
【図２】プリズム群の配置位置の説明図。
【図３】スクリーンの要部斜視構成図。
【図４】スクリーンの要部断面構成図。
【図５】スクリーンの要部平面構成図。
【図６】空間光変調装置における周期構造の説明図。
【図７】プリズム群の斜視構成図。
【図８】空間光変調装置とプリズム群との関係の説明図。
【図９−１】開口部とプリズム群との位置関係の説明図。
【図９−２】開口部とプリズム群との位置関係の説明図。
【図９−３】開口部とプリズム群との位置関係の説明図。
【図１０】プリズム群の構成の説明図。
【図１１−１】開口部像の説明図。
【図１１−２】開口部像の説明図。
【図１１−３】開口部像の説明図。
【図１１−４】開口部像の説明図。
【図１２】開口部像を重畳したときの投写像の説明図。
【図１３】プリズム群の配置位置の説明図。
【図１４】プリズム群による投写光の強度分布の変化を説明する図。
【図１５−１】開口部像を重畳したときの投写像の説明図。
【図１５−２】開口部像を重畳したときの投写像の説明図。
【図１６−１】プリズム素子のバリエーションの説明図。
【図１６−２】プリズム素子のバリエーションの説明図。
【図１６−３】プリズム素子のバリエーションの説明図。
【図１６−４】プリズム素子のバリエーションの説明図。
【図１７】プリズム群の要部上面構成図。
【図１８】開口部像を重畳したときの投写像の説明図。
【図１９】プリズム群の要部上面構成図。
【図２０】実施例２に係るプリズム群の要部斜視構成図。
【図２１】プリズム群による入射光の分岐を説明する図。
【図２２】分岐された光による投写像の説明図。
【図２３−１】投写像の光強度分布を示す図。
【図２３−２】投写像の光強度分布を示す図。
【図２３−３】投写像の光強度分布を示す図。
【図２３−４】投写像の光強度分布を示す図。
【図２４】実施例３に係るプリズム群の要部断面構成図。
【図２５】実施例３の変形例１に係るプリズム群の要部断面構成図。
【図２６】実施例３の変形例２に係るプリズム群の要部斜視構成図。
【図２７】単位面積を説明する図。
【図２８】単位面積を説明する図。
【図２９−１】プリズム群のバリエーションの説明図。
【図２９−２】プリズム群のバリエーションの説明図。
【図３０】実施例３の変形例３に係るプリズム群の要部断面構成図。
【図３１】プリズム素子の断面構成図。
【図３２】実施例３の変形例４に係るプリズム群の要部上面構成図。
【図３３】実施例４に係る位相回折格子素子の要部斜視構成図。
【図３４】空間光変調装置、位相回折格子素子及びスクリーンの関係の説明図。
【図３５】実施例５に係る複屈折部の要部斜視構成図。
【図３６】複屈折部における光の偏光状態を示す図。
【図３７】水晶板による光の分離の説明図。
【図３８】複屈折部による投写光の強度分布の変化を説明する図。
【符号の説明】
【０１３７】
１０  プロジェクタ、１１  超高圧水銀ランプ、１２  インテグレータ、１３  偏光変換素子、１４Ｒ  Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１４Ｇ  Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１５  反射ミラー、１６  リレーレンズ、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ  各空間光変調装置、１８  クロスダイクロイックプリズム、１８ａ、１８ｂ  ダイクロイック膜、２０  投写レンズ、２１  反射ミラー、２５  プリズム群、３０  スクリーン、３０ａ  フレネルレンズ、３０ｂ  視野角調整部、３２  レンチキュラーレンズシート、３３  レンチキュラーレンズ、３４  遮光部、４１  開口部、６１  開口部、６１Ｐ、６１Ｐａ、６１Ｐｂ、６１Ｐｃ、６１Ｐｄ  開口部像、６２  ブラックマトリックス部、６２Ｐ  ブラックマトリックス部像、６３Ｐ  周期領域像、７０  透明プレート、７１  プリズム素子、７１ａ  辺部、７２、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ  屈折面、７３  平坦部、７３ａ  基準面、８０ａ  面、ＣＬ  中心線、ＣＬＰ  中心線像、１３０  プロジェクタ、１３５  プリズム群、１５０Ｐ、１５１Ｐ、１５１Ｐａ、１５２Ｐ、１５２Ｐａ、１５３Ｐ  開口部像、１６１、１６２、１６３、１６４  プリズム群、１６１ａ、１６２ａ、１６３ａ、１６４ａ  屈折面、１６１ｂ、１６２ｂ、１６３ｂ  平坦部、２１０  プリズム群、２１１、２１２  プリズム素子、２１３、２１４  屈折面、２１３Ｐ、２１４Ｐ、２２０Ｐ  開口部像、２１５  平坦部、２３０  プリズム群、２３１  屈折面、２３２  平坦部、２４０  プリズム群、２４１ａ、２４１ｂ  プリズム素子、２８０  プリズム群、２８０ａ  屈折面、２８０ｂ  平坦部、２８１  基準面、ＡＸ  光軸、２９０  プリズム群、２９０ａ  屈折面、２９０ｂ  平坦部、２９１  基準面、３００  プリズム群、３０１  プリズム素子、３０２  透明プレート、ＩＬＬ  照明系、ＰＬ  投写系、３３０  プリズム群、３３１  基準面、３３２  樹脂基板、３３３  硝子基板、３４０  プリズム群、３４１ａ、３４１ｂ、３４１ｃ  プリズム素子、３５１ａ、３５１ｃ  屈折面、３５１ｂ  平坦部、３６０  プリズム群、３６１ａ、３６１ｂ、３６１ｃ  プリズム素子、３６２  屈折面、３６３  平坦部、３７０  位相回折格子素子、３７１  凹部、３７２  透明プレート、３９０  複屈折部、３９１、３９３  λ／４位相板、３９２、３９４  水晶板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図９−３】
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【図１０】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１１−４】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１６−３】
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【図１６−４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３−１】
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【図２３−２】
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【図２３−３】
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【図２３−４】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９−１】
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【図２９−２】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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