(57)【要約】      （修正有）【課題】コントラスト比を向上できる、プロジェクターを提供する。【解決手段】照明装置と、均一照明光学系と、複数の回折光からなる画像光を生成する液晶光変調装置４と、画像光が入射する位相差板５５と、投写光学系６とを備えるプロジェクターである。投写光学系は、複数のレンズ４０と偏光制御素子４５と偏光板４８とを有する。偏光制御素子は、少なくとも一つの偏光制御部４６と複数の光透過部４７とを有する。複数の光透過部のうちひとつの光透過部は、画像光のうち少なくとも一つの０次回折光が通過する領域に設けられている。少なくとも一つの偏光制御部は、光透過部を通過する少なくとも一つの０次回折光に対応した１次以上の回折光が通過する領域に設けられている。少なくとも一つの偏光制御部は、１次以上の回折光の偏光状態を、１次以上の回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけるような位相差を有している。【選択図】図９
2019045528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明装置と、
前記照明光の光路上に設けられた均一照明光学系と、
前記均一照明光学系を透過した前記照明光の光路上に設けられ、回折機能を有し、画像情報に応じて前記照明光を変調して複数の回折光からなる画像光を生成する液晶光変調装置と、
前記液晶光変調装置から射出された前記画像光が入射する位相差板と、
前記位相差板を透過した前記画像光の光路上に設けられた投写光学系と、を備え、
前記投写光学系は、複数のレンズと、前記画像光が入射する偏光制御素子と、該偏光制御素子を透過した前記画像光の光路上に設けられた偏光板と、を有し、
前記偏光制御素子は、入射光に対して複屈折性を示す少なくとも一つの偏光制御部と、入射光に対して複屈折性を示さない複数の光透過部と、を有し、
前記複数の光透過部のうちひとつの光透過部は、前記画像光のうち少なくとも一つの０次回折光が通過する領域に設けられており、
前記少なくとも一つの偏光制御部は、前記光透過部を通過する前記少なくとも一つの０次回折光に対応した１次以上の回折光が通過する領域に設けられており、
前記少なくとも一つの偏光制御部は、前記１次以上の回折光の偏光状態を、前記１次以上の回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけるような位相差を有している
プロジェクター。
【請求項２】
前記少なくとも一つの偏光制御部は複数の偏光制御部からなり、
前記複数の偏光制御部は、第１の方向と第２の方向とに複数の列をなすように設けられており、
前記複数の列の交点には遮光部が設けられている
請求項１に記載のプロジェクター。
【請求項３】
前記均一照明光学系は、前記照明光を複数の部分光線束に分割する第１のレンズアレイと、該第１のレンズアレイの後段に設けられた第２のレンズアレイと、該第２のレンズアレイの後段に設けられた集光レンズと、を含み、
前記偏光制御素子は、前記投写光学系内の前記第２のレンズアレイと光学的に共役な位置の近傍に設けられている
請求項１又は２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、プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクターのコントラスト比を高める手段として、下記の特許文献１には、液晶パネルと射出側偏光板との間に位相差板を設けることが開示されている。液晶パネルは回折格子として機能するため、液晶パネルを透過した光は０次回折光と１次以上の回折光とを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７４４６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、１次以上の回折光の位相差板に対する入射角は、０次回折光の位相差板に対する入射角と異なる。一般的に、位相差板は０次回折光に対して所定の位相差を付与するように設計されるため、１次以上の回折光に対して所定の位相差を与えることはできない。そのため、位相差板を透過した際、１次以上の回折光の偏光状態は最適化されず、０次回折光の偏光状態と異なった状態となる。したがって、例えば、黒表示を行う場合、０次回折光は射出側偏光板でカットされるが、１次以上の回折光の一部は射出側偏光板を透過するため、表示画像のコントラスト比を低下させてしまう。
【０００５】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、コントラスト比を向上できる、プロジェクターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に従えば、照明光を射出する照明装置と、前記照明光の光路上に設けられた均一照明光学系と、前記均一照明光学系を透過した前記照明光の光路上に設けられ、回折機能を有し、画像情報に応じて前記照明光を変調して複数の回折光からなる画像光を生成する液晶光変調装置と、前記液晶光変調装置から射出された前記画像光が入射する位相差板と、前記位相差板を透過した前記画像光の光路上に設けられた投写光学系と、を備え、前記投写光学系は、複数のレンズと、前記画像光が入射する偏光制御素子と、該偏光制御素子を透過した前記画像光の光路上に設けられた偏光板と、を有し、前記偏光制御素子は、入射光に対して複屈折性を示す少なくとも一つの偏光制御部と、入射光に対して複屈折性を示さない複数の光透過部と、を有し、前記複数の光透過部のうちひとつの光透過部は、前記画像光のうち少なくとも一つの０次回折光が通過する領域に設けられており、前記少なくとも一つの偏光制御部は、前記光透過部を通過する前記少なくとも一つの０次回折光に対応した１次以上の回折光が通過する領域に設けられており、前記少なくとも一つの偏光制御部は、前記１次以上の回折光の偏光状態を、前記１次以上の回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけるような位相差を有しているプロジェクターが提供される。
【０００７】
液晶光変調装置から射出された画像光に含まれる０次回折光は、位相差板を透過することで所定の偏光状態となる。一方、該０次回折光に対応する１次以上の回折光は位相差板を透過することで該０次回折光とは異なる偏光状態となる。
本実施形態のプロジェクターでは、偏光制御素子によって該１次以上の回折光の偏光状態を該０次回折光の偏光状態に近づけた後、偏光板に入射させることができる。これにより、０次回折光に対する偏光板の透過率が１次以上の回折光に対する偏光板の透過率とほぼ一致するので、黒表示の場合の光漏れが低減でき、その結果、コントラスト比の低下を低減できる。また、黒表示以外の場合には１次以上の回折光を有効利用することで、照明装置の光利用効率が向上し、明るい画像を表示できる。
【０００８】
上記第１態様において、前記少なくとも一つの偏光制御部は複数の偏光制御部からなり、前記複数の偏光制御部は、第１の方向と第２の方向とに複数の列をなすように設けられており、前記複数の列の交点には遮光部が設けられているのが好ましい。
【０００９】
複数の列の交点には、複数の光透過部に入射する各０次回折光に対応した１次以上の回折光が、それぞれ異なった方向から入射する。偏光制御部の特性は光の入射角に依存するため、１つの偏光制御部に対して互いに異なった方向から入射する２本の光線に同じ位相差を与えることは困難である。そこで、互いに異なる方向から交点に入射する複数の１次以上の回折光を交点に設けた遮光部によって遮光することで、画像のコントラスト比の低下をさらに低減できる。
【００１０】
上記第１態様において、前記均一照明光学系は、前記照明光を複数の部分光線束に分割する第１のレンズアレイと、該第１のレンズアレイの後段に設けられた第２のレンズアレイと、該第２のレンズアレイの後段に設けられた集光レンズと、を含み、前記偏光制御素子は、前記投写光学系内の前記第２のレンズアレイと光学的に共役な位置の近傍に設けられているのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、偏光制御素子は、０次回折光と１次以上の回折光とが互いに分離された位置に配置されるので、０次回折光が偏光制御部に入射しにくい。よって、偏光制御部は０次回折光の偏光状態を乱しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第一実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す図。
【図２】第１のレンズアレイの光入射面を光軸と平行な方向に見た図。
【図３】第２のレンズアレイの第２小レンズに形成される２次光源像を示す図。
【図４】液晶光変調装置の部分拡大図。
【図５】液晶光変調装置による回折を模式的に説明するための図。
【図６】投写光学系の絞り位置に形成される複数の光源像の一部を模式的に示す図。
【図７】投写光学系の構成を示す図である。
【図８Ａ】偏光制御素子の構成を示す平面図。
【図８Ｂ】偏光制御素子の一つの偏光制御領域を示す図。
【図９】プロジェクターの作用を説明するための図。
【図１０】第二実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図。
【図１１】ロッドに入射した光の光路を示す図。
【図１２】投写光学系の絞り位置に形成される光源像を模式的に示した図。
【図１３】変形例に係る偏光制御素子の構成を示す図。
【図１４】変形例に係る偏光制御素子の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、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。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１４】
（第一実施形態）
まず、本実施形態に係るプロジェクターの一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のプロジェクター１は、スクリーンＳＣＲ上にカラー映像を表示する投射型画像表示装置である。プロジェクター１は、照明装置２と、均一照明光学系２３と、色分離光学系３と、液晶光変調装置４Ｒ，液晶光変調装置４Ｇ，液晶光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投写光学系６とを備えている。
【００１５】
本実施形態において、照明装置２は、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、及び赤色光ＬＲを含んだ白色光ＷＬを射出する。白色光ＷＬは特許請求の範囲の「照明光」に相当する。
【００１６】
本実施形態の照明装置２は、白色光を放射する光源ランプ２１、及び回転放物面状の反射面を有するリフレクター２２を備える。光源ランプ２１から放射された白色光ＷＬは、リフレクター２２によって一方向に向って反射され、略平行な光線束となる。
【００１７】
光源ランプ２１は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。リフレクター２２は、反射面が回転楕円面状であってもよく、この場合には、リフレクター２２から射出された白色光ＷＬを平行化する平行化レンズを別途組み合わせて用いる。
【００１８】
均一照明光学系２３は、照明装置２から射出された白色光ＷＬの光路上に設けられ、被照明領域における白色光ＷＬの照度を均一化させる。均一照明光学系２３は、第１のレンズアレイ２４、第２のレンズアレイ２５、偏光変換素子２６及び重畳レンズ２７を備える。
【００１９】
図２は、第１のレンズアレイ２４の光入射面を光軸ａｘと平行な方向に見た図である。
図２に示すように、第１のレンズアレイ２４は、白色光ＷＬを複数の部分光束に分割するための複数の第１小レンズ２４ａを有する。複数の第１小レンズ２４ａは、光源ランプ２１の光軸ａｘと直交する面内において、縦Ｍ個・横Ｎ個のマトリクス状に配列されている。例えばＭ＝７，Ｎ＝６である。
なお、各第１小レンズ２４ａの外形形状は、後述する液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形の略矩形状である。
【００２０】
第２のレンズアレイ２５は、複数の第１小レンズ２４ａに対応する複数の第２小レンズ２５ａを有する。すなわち、第２のレンズアレイ２５は、第１のレンズアレイ２４と同様、第２小レンズ２５ａが光軸ａｘに直交する面内において縦Ｍ個・横Ｎ個のマトリクス状に配列された構成を有している（図３参照）。
【００２１】
第２のレンズアレイ２５は、重畳レンズ２７とともに、第１のレンズアレイ２４の各第１小レンズ２４ａの像を液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の近傍にそれぞれ結像させる。
【００２２】
第２小レンズ２５ａの外形形状は必ずしも液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域の形状とほぼ相似形でなくてもよいが、本実施形態ではほぼ相似形である。
【００２３】
第１のレンズアレイ２４の各第１小レンズ２４ａから射出された部分光束は、この第１小レンズ２４ａに対応する第２小レンズ２５ａに結像する。
【００２４】
図３は第２のレンズアレイ２５の第２小レンズ２５ａに形成される２次光源像を示す図である。図３に示すように、各第２小レンズ２５ａには光源２０の２次光源像３０がそれぞれ形成される。
【００２５】
偏光変換素子２６は、光源２０の光軸ａｘと直交する面内において一次元的に配列された複数のセルを有する。各セルは、偏光分離膜、１／２波長板、及び反射ミラーを有する。第２小レンズ２５ａから射出された部分光束は偏光変換素子２６のセルのひとつに入射する。
【００２６】
偏光変換素子２６のセルへ入射した部分光束は、偏光分離膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離されたＳ偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２波長板を通り、Ｐ偏光に変換される。
【００２７】
偏光変換素子２６から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ２７によって各液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの画像形成領域に重畳される。重畳レンズ２７は特許請求の範囲に記載の「集光レンズ」に相当する。
【００２８】
色分離光学系３は、複数の部分光束からなる白色光ＷＬを赤色光ＬＲと、緑色光ＬＧと、青色光ＬＢとに分離する。色分離光学系３は、第１のダイクロイックミラー７ａ及び第２のダイクロイックミラー７ｂと、第１の全反射ミラー８ａ、第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃと、第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂとを備えている。
【００２９】
第１のダイクロイックミラー７ａは、照明装置２からの白色光ＷＬを赤色光ＬＲと、その他の光（緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）とに分離する。第１のダイクロイックミラー７ａは、赤色光ＬＲを透過すると共に、その他の光を反射する。第２のダイクロイックミラー７ｂは、緑色光ＬＧを反射すると共に青色光ＬＢを透過させる。
【００３０】
第１の全反射ミラー８ａは、赤色光ＬＲを液晶光変調装置４Ｒに向けて反射する。第２の全反射ミラー８ｂ及び第３の全反射ミラー８ｃは、青色光ＬＢを液晶光変調装置４Ｂに導く。緑色光ＬＧは、第２のダイクロイックミラー７ｂから液晶光変調装置４Ｇに向けて反射される。
【００３１】
第１のリレーレンズ９ａ及び第２のリレーレンズ９ｂは、青色光ＬＢの光路中における第２のダイクロイックミラー７ｂの後段に配置されている。
【００３２】
液晶光変調装置４Ｒは、赤色光ＬＲを画像情報に応じて変調し、赤色の画像光ＩＲを形成する。液晶光変調装置４Ｇは、緑色光ＬＧを画像情報に応じて変調し、緑色の画像光ＩＧを形成する。液晶光変調装置４Ｂは、青色光ＬＢを画像情報に応じて変調し、青色の画像光ＩＢを形成する。
【００３３】
液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂには、例えば透過型の液晶パネルが用いられる。液晶パネルは、例えば、ＴＦＴ基板と該ＴＦＴ基板と対向する対向基板との間に設けられた液晶層を備えている。液晶パネルはその構造上、回折格子としての機能を有する。
【００３４】
液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂの光入射側には、それぞれフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇ，フィールドレンズ１０Ｂが配置されている。各部分光束の主光線は、互いに略平行な状態で、液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂ各々に対して概ね垂直に入射する。
【００３５】
本実施形態において、液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂとフィールドレンズ１０Ｒ，フィールドレンズ１０Ｇおよびフィールドレンズ１０Ｂとの間には、光入射側偏光板６０Ｒ、光入射側偏光板６０Ｇおよび光入射側偏光板６０Ｂがそれぞれ配置されている。
【００３６】
光入射側偏光板６０Ｒ、光入射側偏光板６０Ｇおよび光入射側偏光板６０Ｂは、液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂにそれぞれ対応して配置される。光入射側偏光板６０Ｒ、光入射側偏光板６０Ｇおよび光入射側偏光板６０Ｂはそれぞれ、所定の偏光状態の光を透過させる。
【００３７】
ところで、たとえば液晶光変調装置４Ｒに入射する部分光束は、該部分光束の主光線に非平行な非平行成分と、主光線に平行な平行成分とを含んでいる。液晶光変調装置４Ｒの液晶層に対する平行成分の入射角度は、非平行成分の液晶層に対する入射角度と異なっているため、液晶層を透過した後、非平行成分の偏光状態は平行成分の偏光状態とは異なっている。
【００３８】
そこで、液晶光変調装置４Ｒの光射出側に配置した位相差補償板５５Ｒによって、非平行成分の偏光状態と平行成分の偏光状態とを、つまり画像光ＩＲの偏光状態を調整する。なお、位相差補償板５５Ｒは、所定の入射角の光に対して所定の位相差を付与することができるが、所定の入射角ではない入射角の光に対しては所定の位相差を付与することができない。本実施形態において位相差補償板５５Ｒは、０次回折光と同じ方向に沿って進行する光に対して所定の位相差を付与する。言い換えれば、位相差補償板５５Ｒは、１次以上の回折光の偏光状態は、所望の偏光状態に調整することができない。すなわち、液晶光変調装置４Ｒから互いに異なる角度で射出した０次光と1次以上の回折光の両方に対して、偏光状態を所望の状態に調整することはできない。
【００３９】
液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂそれぞれの光射出側にも、位相差補償板５５Ｇおよび位相差補償板５５Ｂを配置している。位相差補償板５５Ｒと同様に、位相差補償板５５Ｇおよび位相差補償板５５Ｂはそれぞれ、画像光ＩＧおよび画像光ＩＢの偏光状態を調整する。本実施形態において、位相差補償板５５Ｒ，位相差補償板５５Ｇおよび位相差補償板５５Ｂは特許請求の範囲に記載の「位相差板」に相当する。
【００４０】
位相差補償板５５Ｒによって偏光状態が調整された画像光ＩＲは画像光ＩＧおよび画像光ＩＢとともに合成光学系５に入射する。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。合成光学系５には、例えばクロスダイクロイックプリズムが用いられている。
【００４１】
合成光学系５は、各画像光を合成し、この合成された画像光を投写光学系６に向けて射出する。投写光学系６は、投射レンズ群からなり、合成光学系５により合成された画像光をスクリーンＳＣＲに向けて拡大投射する。これにより、スクリーンＳＣＲ上には、拡大されたカラー映像が表示される。
【００４２】
以下、液晶光変調装置４Ｒ、液晶光変調装置４Ｇおよび液晶光変調装置４Ｂを特に区別しない場合は、単に液晶光変調装置４と称する。また、各画像光ＩＲ，ＩＧ，ＩＢを特に区別しない場合は、単に画像光ＩＬと称する。また、位相差補償板５５Ｒ，位相差補償板５５Ｇおよび位相差補償板５５Ｂを特に区別しない場合は、単に位相差補償板５５と称する。
【００４３】
図４は液晶光変調装置４の部分拡大図である。図５は液晶光変調装置４による回折を模式的に説明するための図である。
【００４４】
図４に示すように、液晶光変調装置４は、画像を形成する複数の画素５１と、該画素５１間に形成された光遮光性を有するブラックマトリックス５２とを備える。
【００４５】
液晶光変調装置４には複数の部分光束が互いに異なる方向から入射するため、液晶光変調装置４からは複数の０次回折光が互いに異なる方向に射出する。しかし、図５では、液晶光変調装置４に垂直に入射した部分光束の回折現象を図示している。
【００４６】
図５に示すように、液晶光変調装置４から射出された光は、０次回折光、１次以上の回折光（例えば、±１次回折光）からなっている。すなわち、液晶光変調装置４は、複数の回折光からなる画像光ＩＬを生成する。
図５に示した画像光ＩＬ（１つの回折光）は、液晶光変調装置４の画素５１の数に比例した本数の光線を含む光線束から構成されるが、本明細書では単に「回折光」と呼ぶことにする。
【００４７】
なお、１次以上の回折光としては、２次回折光や３次以上の回折光も存在するが、一般的に、２次回折光や３次以上の回折光の強度は、１次回折光の強度よりも弱い。そのため、本実施形態では１次回折光に着目する。２次以上の回折光の影響については無視することができる。ただし、２次以上の回折光の中に１次回折光よりも強度が強い回折光がある場合は、その回折光に着目するとよい。
【００４８】
本実施形態において、位相差補償板５５は、上述したように液晶光変調装置４から０次回折光と同じ方向に沿って射出される光に対して所定の位相差を付与するように設計されている。つまり、位相差補償板５５は、画像光ＩＬに含まれる０次回折光の偏光状態を所望の偏光状態に調整するが、１次回折光の偏光状態を所望の偏光状態に調整することはできない。
そのため、位相差補償板５５の後段において、１次回折光の偏光状態は０次回折光の偏光状態とは異なっている。
【００４９】
ここで、プロジェクター１において黒表示を行う場合について考える。
黒表示を行う場合、液晶光変調装置４は、０次回折光が位相差補償板５５を透過した後、後述する投写光学系６内に設けられた偏光板４８（図７参照）によって遮光されるように、０次回折光の偏光状態を調整する。
【００５０】
しかしながら、１次回折光の偏光状態は位相差補償板５５によって所望の偏光状態に調整されないため、位相差補償板５５の後段において、１次回折光の偏光状態は０次回折光の偏光状態とは異なっている。そのため、０次回折光の少なくとも一部の成分は偏光板４８を透過してしまい、スクリーンＳＣＲ上に表示する画像のコントラスト比が低下する。
【００５１】
ところで、本実施形態において、投写光学系６の絞り位置は第２のレンズアレイ２５の光射出面（第２小レンズ２５ａ）と光学的に共役となっている。
そのため、各第２小レンズ２５ａを通過した部分光束はそれぞれ、液晶光変調装置４を介して投写光学系６の絞り位置６ａ（図１参照）に結像する。したがって、第２のレンズアレイ２５に複数の２次光源像３０が形成されるのと同様に、投写光学系６の絞り位置６ａには複数の光源像が形成される。
【００５２】
図６は投写光学系６の絞り位置６ａに形成される複数の光源像の一部を模式的に示した図である。図６に示した光源像３１は、図３に示した第２のレンズアレイ２５のうち最も上側かつ最も右側に位置する第２小レンズ２５ａ１を透過した部分光束による光源像である。
【００５３】
図６に示すように、該部分光束は、液晶光変調装置４によって回折されることにより、０次回折光による光源像３１を形成すると共に、その周囲に１次回折光による複数の光源像３２（例えば、光源像３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ）を形成する。
なお、図６では、０次回折光による光源像３１の周囲に形成される１次回折光による光源像３２の一部を図示しており、光源像３２の数は４つに限定されない。
【００５４】
光源像３２ａ〜３２ｄを形成する複数の１次回折光は、上述したように画像のコントラスト比を低下させる。なお、図３に示したように、第２のレンズアレイ２５の第２小レンズ２５ａはＭ×Ｎ個ある。そのため、ここでは図示を省略しているが、他の第２小レンズ２５ａを通過した各部分光束も液晶パネル５０で回折されることにより、０次回折光の周囲に１次回折光による複数の光源像を形成している。すなわち、０次回折光による光源像はＭ×Ｎ個形成され、各０次回折光による光源像のそれぞれの周囲に、±１次回折光による光源像が複数形成される。
【００５５】
これに対し、本実施形態のプロジェクター１では、第２のレンズアレイ２５と光学的に共役な位置である投写光学系６の絞り位置６ａの近傍に後述の偏光制御素子を配置して、画像のコントラスト比を向上させている。
【００５６】
図７は本実施形態の投写光学系６の構成を示す図である。
図７に示すように、本実施形態の投写光学系６は、複数のレンズ４０、４１と、偏光制御素子４５と、偏光板４８と、レンズ４０，４１、偏光制御素子４５および偏光板４８を保持する本体部４９とを有している。
【００５７】
偏光制御素子４５は、投写光学系６内（本体部４９の内部）における第２のレンズアレイ２５と光学的に共役な位置である絞り位置６ａの近傍に配置されている。なお、投写光学系６において投写レンズを構成する複数のレンズ４０、４１の数は２つに限定されない。
【００５８】
図８Ａは偏光制御素子４５の構成を示す平面図である。図８Ａは、偏光制御素子４５の光入射面の面法線方向に沿って、該偏光制御素子４５を画像光ＩＬの入射側から見た平面図である。
【００５９】
図８Ａに示すように、偏光制御素子４５は、入射光に対して複屈折性を示す複数の偏光制御部４６と、入射光に対して複屈折性を示さない複数の光透過部４７とを有する。偏光制御部４６の構成材料は、入射光に対して複屈折性を示すものであれば特に限定されない。光透過部４７の構成材料は、入射光に対して複屈折性を示さないものであれば特に限定されない。たとえば透明基板や空気層を用いることができる。
【００６０】
本実施形態において、複数の光透過部４７は、複数の０次回折光がそれぞれ通過する位置、具体的には複数の光源像３１の形成位置に設けられている。光透過部４７は例えば矩形状からなる。
【００６１】
光源像３１の数は、第２小レンズ２５ａの数と同じである。そのため、本実施形態において、光透過部４７の数は第２小レンズ２５ａの数と同じである。
【００６２】
本実施形態では、上述したように投写光学系６内の第２のレンズアレイ２５と光学的に共役な位置の近傍、すなわち、光源像３１，３２が形成される位置の近傍に偏光制御素子４５を配置している。つまり、偏光制御素子４５は、０次回折光と１次回折光とが互いに分離された位置に配置されているので、０次回折光が偏光制御部４６に入射しにくい。よって、偏光制御部４６は０次回折光の偏光状態を乱しにくい。
【００６３】
複数の偏光制御部４６は、第１方向偏光制御列８０と、第２方向偏光制御列８１とを含む。第１方向偏光制御列８０は１２個の偏光制御列８０ａを有する。各偏光制御列８０ａは、図８Ａにおいて符号Ａ１で示す縦方向（第１の方向）に列をなすように設けられた７つの第１偏光制御部４６Ａから構成される。
【００６４】
第２方向偏光制御列８１は、１４個の偏光制御列８１ａを有する。各偏光制御列８１ａは、図８Ａにおいて符号Ａ２で示す横方向（第２の方向）に列をなすように設けられた６つの第２偏光制御部４６Ｂから構成される。
【００６５】
光透過部４７は、一対の偏光制御列８０ａと一対の偏光制御列８１ａとで区画される領域に設けられている。
【００６６】
図８Ａに示すように、横方向Ａ２において隣り合う２つの光透過部４７の間には、２つの偏光制御列８０ａが設けられている。また、縦方向Ａ１において隣り合う２つの光透過部４７の間には、２つの偏光制御列８１ａが設けられている。
【００６７】
本実施形態において、偏光制御列８０ａおよび偏光制御列８１ａの交点Ｋに相当する位置に遮光部４４が設けられている。
【００６８】
本実施形態において、偏光制御素子４５は複数の偏光制御領域８５を有する。
図８Ｂは一つの偏光制御領域８５を示す図である。なお、図８Ｂに示す偏光制御領域８５は、図６に示した光源像に対応している。
【００６９】
各偏光制御領域８５は、一つの光透過部４７と、該光透過部４７と隣り合う二つの第１偏光制御部４６Ａと、該光透過部４７と隣り合う二つの第２偏光制御部４６Ｂと、４つの遮光部４４とを有している。具体的に、二つの第１偏光制御部４６Ａは光透過部４７の横方向両側に配置され、二つの第２偏光制御部４６Ｂは光透過部４７の縦方向両側に配置されている。また、４つの遮光部４４は、光透過部４７の対角方向において、該光透過部４７の角部にそれぞれ対向するように配置されている。
【００７０】
図８Ｂに示すように、光透過部４７には０次回折光の光源像３１が形成される。光透過部４７は、入射光に対して複屈折性を示さないため、０次回折光の偏光状態を変化させない。
【００７１】
偏光制御領域８５において、第１偏光制御部４６Ａおよび第２偏光制御部４６Ｂは、光透過部４７に入射する０次回折光に対応した１次回折光が通過する領域に設けられる。つまり、該０次回折光に対応した４つの１次回折光による光源像３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの形成位置に設けられる。
【００７２】
図８Ｂにおいて、光源像３２ａは光透過部４７の上側に位置する第２偏光制御部４６Ｂ（以下、第２偏光制御部４６Ｂ１と称す）に形成される。光源像３２ｃは光透過部４７の下側に位置する第２偏光制御部４６Ｂ（以下、第２偏光制御部４６Ｂ２と称す）に形成される。光源像３２ｂは光透過部４７の右側に位置する第１偏光制御部４６Ａ（以下、第１偏光制御部４６Ａ１と称す）に形成される。光源像３２ｄは光透過部４７の左側に位置する第１偏光制御部４６Ａ（以下、第１偏光制御部４６Ａ２と称す）に形成される。
【００７３】
第１偏光制御部４６Ａ１，４６Ａ２および第２偏光制御部４６Ｂ１，４６Ｂ２は、入射光に対して複屈折性を示すため、各１次回折光の偏光状態を変化させる。これにより、各１次回折光の偏光状態を該１次回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけることができる。
【００７４】
なお、偏光制御素子４５における他の偏光制御領域８５においても、第１偏光制御部４６Ａあるいは第２偏光制御部４６Ｂによって１次回折光の偏光状態を該１次回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけることができる。
【００７５】
１次回折光は０次回折光に対して上下左右に加えて斜め方向にも形成される。そのため、光透過部４７の角部における対角方向外側の領域（以下、対角領域と称する）には、複数の０次回折光のうち第１の０次回折光に対応した１次以上の第１の回折光の光源像と、複数の０次回折光のうち第２の０次回折光に対応した１次以上の第２の回折光の光源像とが形成される場合もある。しかし、対角領域への第１の回折光の入射方向は、対角領域への第２の回折光の入射方向とは異なっているため、第１の回折光の偏光状態だけでなく第２の回折光の偏光状態も適切に調整することは困難である。
【００７６】
これに対し、本実施形態の偏光制御素子４５では、対角領域に入射する１次以上の回折光は、対角領域（偏光制御列８０ａおよび偏光制御列８１ａの交点Ｋ）に設けられた遮光部４４によって遮光される。これにより、画像のコントラスト比の低下をさらに低減することができる。
【００７７】
本実施形態の偏光制御素子４５を透過した複数の回折光（０次回折光および１次回折光）からなる画像光は偏光板４８に入射する。
【００７８】
図９はプロジェクター１の作用を説明するための模式図である。偏光制御素子４５は実際には複数の光透過部４７を備えているが、図の煩雑さを避けるために、画像光ＩＬに含まれるひとつの０次回折光ＩＬ０と、該０次回折光ＩＬ０が入射する光透過部４７のみを図示してある。
【００７９】
例えば、プロジェクター１において黒表示を行う場合、図９に示すように、０次回折光ＩＬ０は、位相差補償板５５を透過することで所定の偏光状態の０次回折光ＩＬ０ｐとなる。
【００８０】
該０次回折光ＩＬ０ｐはレンズ４０を介して投写光学系６に入射し、偏光制御素子４５の対応する偏光制御領域８５の光透過部４７を通過した後、偏光板４８に入射する。０次回折光ＩＬ０ｐの偏光状態は適切に調整されているため、０次回折光ＩＬ０ｐは偏光板４８で遮光される。
【００８１】
０次回折光ＩＬ０に対応する−１次回折光である１次回折光ＩＬ１の偏光状態は、位相差補償板５５によって適切に調整されていない。そのため、位相差補償板５５を透過した１次回折光ＩＬ１の偏光状態は０次回折光ＩＬ０ｐの偏光状態と異なっている。１次回折光ＩＬ１は、対応する偏光制御領域８５の、第１偏光制御部４６Ａと第２偏光制御部４６Ｂのいずれかに入射する。
【００８２】
偏光制御領域８５は、１次回折光ＩＬ１の偏光状態を０次回折光ＩＬ０ｐの偏光状態に近づけるように１次回折光ＩＬ１の偏光状態を調整し、１次回折光ＩＬ１ｐとして射出する。これにより、黒表示を行う場合、１次回折光ＩＬ１ｐのうち偏光板４８で遮光される成分を増やすことができる。以上の効果は、画像光ＩＬに含まれる他の０次回折光ＩＬ０とそれに付随した１次回折光ＩＬ１に対しても得ることができる。よって、液晶光変調装置４の回折効果によるコントラスト比の低下を低減することができる。
【００８３】
なお、上記説明では、黒表示を行う場合を例に挙げて説明したが、本実施形態のプロジェクター１では、白あるいは中間調の表示を行う場合であっても、１次回折光ＩＬ１ｐの偏光状態が偏光制御素子４５によって０次回折光ＩＬ０ｐの偏光状態に近づけられるので、１次回折光ＩＬ１ｐの偏光板４８の透過率を０次回折光ＩＬ０ｐの偏光板４８の透過率に近づけることができる。これにより、１次回折光ＩＬ１を有効利用できるので、白色光ＷＬの光利用効率を向上させ、明るい画像を表示することができる。
【００８４】
（第二実施形態）
続いて、第二実施形態に係るプロジェクターについて説明する。なお、上記実施形態と共通の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８５】
図１０は本実施形態のプロジェクター１０１の概略構成を示す図である。図１０に示すように、本実施形態のプロジェクター１０１は、照明装置２と、均一照明光学系１２３と、色分離光学系３と、液晶光変調装置４Ｒ，液晶光変調装置４Ｇ，液晶光変調装置４Ｂと、合成光学系５と、投写光学系６とを備えている。
【００８６】
本実施形態において、均一照明光学系１２３は、集光レンズ７０と、集光レンズ７０の後段に設けられたロッド７１と、ロッド７１の後段に設けられたピックアップ光学系７２とを有している。
【００８７】
図１１は、ロッド７１に入射した光の光路を示す図である。ロッド７１は、照明装置２の光軸ａｘに平行な方向に長手方向を持つ四角柱状の光学部材である。ロッド７１は、入射端面７１ａ、内面７１ｂおよび射出端面７１ｃを有する。入射端面７１ａと射出端面７１ｃとは、互いにほぼ平行であり、それぞれ光軸ａｘとほぼ直交する。内面７１ｂは、入射端面７１ａと射出端面７１ｃとを結ぶ側面の内面であり、照明装置２の光軸ａｘとほぼ平行である。
【００８８】
入射端面７１ａは、例えば、集光レンズ７０により光源像が形成される位置又はその近傍に配置される。入射端面７１ａには、照明装置２から射出された白色光ＷＬが集光レンズ７０を介して入射する。
【００８９】
ロッド７１の入射端面７１ａに入射した光は、内面７１ｂでの多重反射により射出端面７１ｃに導かれる。内面７１ｂでの光の反射回数は、角度成分ごとに異なっており、広角成分の反射回数は望遠成分の反射回数よりも多い。
【００９０】
ロッド７１の射出端面７１ｃには、内面７１ｂでの反射回数が０回の光束（すなわち、ロッド７１を直進した光束）と、図１１に示すような反射回数が１回の光束Ｌｂ、反射回数が２回の光束Ｌｃなどの反射回数が互いに異なる複数の光束が重畳され、これにより射出端面７１ｃでの照度分布が均一化される。
【００９１】
本実施形態において、液晶光変調装置４の画像形成領域は、ロッド７１の射出端面７１ｃと光学的に共役に設定されている。そのため、液晶光変調装置４の画像形成領域においても照度分布が均一化される。
【００９２】
図１１に示したように、ロッド７１の射出端面７１ｃの各点には、内面７１ｂでの反射回数が異なる複数の光束が入射する。そのため、ロッド７１の射出端面７１ｃ側から観察すると、入射端面７１ａを含む面上に、光源像の実像Ｉｍ１と複数の虚像Ｉｍ２とが配列されているように見える。
【００９３】
本実施形態において、投写光学系６の絞り位置６ａはロッド７１の入射端面７１ａと光学的に共役に設定されている。そのため、ロッド７１の入射端面７１ａからの光は絞り位置６ａに光源像を形成する。
【００９４】
仮に、液晶光変調装置４が回折機能を持たない場合、絞り位置６ａには、１つの実像Ｉｍ１とその周囲に配置された複数の虚像Ｉｍ２とからなる２次光源像が形成される。
【００９５】
図１２は、液晶光変調装置４が回折機能を持つ場合に絞り位置６ａに形成される光源像を模式的に示した図である。
図１２に示すように、上記実像Ｉｍ１は０次回折光による光源像１３１を形成する。また、各虚像Ｉｍ２は、０次回折光による光源像２３１を形成する。
なお、図１２では、実像Ｉｍ１の周囲に２４個の虚像Ｉｍ２が形成されている場合を例に挙げたが、虚像Ｉｍ２の数はこれに限定されない。
【００９６】
０次回折光による光源像１３１の周囲には、実像Ｉｍ１に付随する１次回折光による複数の光源像１３２（例えば、光源像１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ）が形成される。０次回折光による光源像２３１の周囲には、虚像Ｉｍ２に付随する１次回折光による複数の光源像２３２（例えば、光源像２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ）が形成される。なお、図１２では、複数の１次回折光による光源像の一部を図示している。光源像１３２，２３２それぞれの数は４つに限定されない。
【００９７】
光源像１３２ａ〜１３２ｄおよび光源像２３２ａ〜２３２ｄを形成する複数の１次回折光は、画像のコントラスト比を低下させる。
【００９８】
これに対し、本実施形態のプロジェクター１０１では、ロッド７１の入射端面７１ａと光学的に共役な絞り位置６ａの近傍に、偏光制御素子４５を配置して、画像のコントラスト比を向上させる。偏光制御素子４５の構成は図８Ａに示した通りであり、詳しい説明は省略する。
【００９９】
本実施形態において、複数の光透過部４７は、実像Ｉｍ１に対応する０次回折光が通過する位置（光源像１３１の形成位置）と、虚像Ｉｍ２に対応する０次回折光が通過する位置（光源像２３１の形成位置）とにそれぞれ設けられている。
【０１００】
各偏光制御領域８５において、第１偏光制御部４６Ａおよび第２偏光制御部４６Ｂは、光透過部４７に入射する０次回折光に対応した１次回折光が通過する領域に設けられる。つまり、該０次回折光に対応した４つの１次回折光による光源像１３２または光源像２３２の形成位置に設けられる。
【０１０１】
本実施形態においても、各１次回折光の偏光状態を該１次回折光に対応した０次回折光の偏光状態に近づけることができる。
【０１０２】
本実施形態のプロジェクター１０１によれば、ロッド７１を有する均一照明光学系１２３を用いた構造においても、ロッド７１の入射端面７１ａと光学的に共役な位置に偏光制御素子４５を設けることで、第一実施形態と同様、コントラスト比の高い画像を表示することができる。また、１次回折光を有効利用するので、光の光利用効率が向上し、明るい画像を表示することができる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されることはなく、発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【０１０４】
例えば、第一実施形態において、ひとつの光透過部４７に対して０次回折光の光源像が一つ形成される場合を例に挙げた。しかし、例えば、ある一方向における液晶光変調装置４の画素ピッチが小さい場合、０次回折光と該０次回折光の隣の０次回折光に対応する１次回折光とが該一方向において互いに重なる場合がある。この場合、偏光制御部４６を１次回折光による光源像の位置に配置することが困難である。
【０１０５】
この場合、例えば、図１３に示すように、該一方向に長手方向を持つ複数の光透過部１４７を有する偏光制御素子１４５を採用することが好ましい。この偏光制御素子１４５は１次回折光の偏光状態の調整に寄与しない無駄な偏光制御素子を備えていないので、偏光制御素子４５よりも低コストである。
【０１０６】
また、遮光部４４は必須ではない。図１４に、遮光部を備えていない場合の一例として、偏光制御素子３４５を示す。図１４は、偏光制御素子２４５の光入射面の面法線方向に沿って、該偏光制御素子２４５を画像光ＩＬの入射側から見た平面図である。
【０１０７】
図１４に示すように、偏光制御素子２４５は、横方向（第２の方向）に延在した複数の第２偏光制御部４６Ｂと、互いに隣り合った２つの第２偏光制御部４６Ｂの間に設けられた複数の第１偏光制御部４６Ａとを備えている。
このように、複数の第１偏光制御部４６Ａと複数の第２偏光制御部４６Ｂとを互いに一体に形成した場合、偏光制御素子２４５は、１つの偏光制御部と複数の光透過部とを備えた構造となる。
【０１０８】
また、上記実施形態においては、偏光制御部４６は１次回折光の偏光状態を適切に調整するように設計されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、２次以上の回折光が偏光制御部４６に入射するのであれば、偏光制御部４６は２次以上の回折光の偏光状態を適切に調整するように設計されていてもよい。
【０１０９】
また、液晶光変調装置４の画素ピッチによっては、ある０次回折光に対応する１次以上の回折光（例えば、２次回折光）が該０次回折光の隣の０次回折光とさらに隣の０次回折光との間に位置する偏光制御部に対して入射する場合もある。すなわち、０次回折光が入射する光透過部から離れた場所にある偏光制御部に該０次回折光に対応する２次回折光が入射する場合もある。
この場合において、偏光制御部は入射した２次回折光の偏光状態を０次回折光の偏光状態に近づけるように構成されていればよい。
【０１１０】
また、上記実施形態では、照明装置２として光源ランプ２１を用いた例に挙げたが、本発明はこれに限定されない。例えば、照明装置として各種の固体光源を用いてもよい。例えば半導体レーザーを用いる場合、照明装置からは直線偏光が射出されるので、光入射側偏光板６０Ｒ、光入射側偏光板６０Ｇおよび光入射側偏光板６０Ｂを省略してもよい。
【０１１１】
また、上記実施形態では、３つの液晶光変調装置４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを備えるプロジェクター１を例示したが、１つの光変調装置でカラー映像を表示するプロジェクターに本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１０１…プロジェクター、２…照明装置、４，４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ…液晶光変調装置、６…投写光学系、２３，１２３…均一照明光学系、２４…第１のレンズアレイ、２５…第２のレンズアレイ、４０…レンズ、４４…遮光部、４５，１４５，２４５…偏光制御素子、４６，１４６…偏光制御部、４７，１４７…光透過部、４８…偏光板、５５，５５Ｂ，５５Ｇ，５５Ｒ…位相差補償板、７０…集光レンズ、ＩＢ，ＩＧ，ＩＬ，ＩＲ…画像光、ＩＬ０，ＩＬ０ｐ…０次回折光、ＩＬ１，ＩＬ１ｐ…１次回折光、Ｋ…交点、ＷＬ…白色光（照明光）、Ａ１…縦方向（第１の方向）、Ａ２…横方向（第２の方向）。
【図１】
2019045528.tif 000003
【図２】
2019045528.tif 000004
【図３】
2019045528.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019045528.tif 000009
【図８Ａ】
2019045528.tif 000010
【図８Ｂ】
2019045528.tif 000011
【図９】
2019045528.tif 000012
【図１０】
2019045528.tif 000013
【図１１】
2019045528.tif 000014
【図１２】
2019045528.tif 000015
【図１３】
2019045528.tif 000016
【図１４】
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