(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、  前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、  前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、 前記単位領域は、第１の領域と第２の領域と第３の領域からなり、 前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、 前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、この順に前記短手方向へ並び、 前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。
【請求項２】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、 前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、 前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、 前記単位領域は、第１の領域と第２の領域と第３の領域からなり、 前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、 前記単位領域は、前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域が、互いに隣接した部分を含んで２次元的に配置された組み合わせが、１つまたは２つで構成され、 かつ、前記単位領域が、２次元方向に複数個並んで配置される投射型表示装置。
【請求項３】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、 前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、 前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、 前記単位領域は、Ｎ個の領域からなり（Ｎ≧５の整数）、 前記Ｎ個の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、 前記第Ｎ個の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記短手方向へ並び、 前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。
【請求項４】
前記単位領域を透過する光の複数の偏光状態に対応する、複数のストークスベクトルの合成が略０である請求項１〜３いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、 前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、 前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、 前記偏光解消素子は、透明基板上に複屈折性材料層を有し、 前記単位領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記複屈折性材料層の光学軸は、前記短手方向が進行方向となる波状をなしており、 かつ、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置。
【請求項６】
前記単位領域を透過する光の複数の偏光状態に対応する、複数のストークスベクトルの合成が略０である請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の最大傾斜が４５度以上となる請求項５または６に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の傾斜角度が一定に変化する請求項５〜７いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記複屈折性材料層は、入射する光に対して１／２波長板の機能を有する位相差を与える請求項５〜８いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記複屈折性材料層は、複屈折材料からなる請求項５〜９いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
前記偏光解消素子に入射する光は直線偏光の光である請求項１〜１０いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１２】
前記偏光解消素子を振動させるための揺動制御部を備える請求項１〜１１いずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関するものであり、とくに、コヒーレント性を有する光源を使用した投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、光源としては、従来、超高圧水銀（ＵＨＰ）ランプが使用されてきたが、単色性に優れていること、および光源の長寿命化の観点からレーザが提案されている。
【０００３】
また、ＵＨＰランプはその性質から赤色の波長である６４５ｎｍ近傍の波長帯域がブロードなスペクトルとなるため、赤色光源としてレーザを使用し、青色、緑色波長帯にはＵＨＰランプを使用する併用型の光源も提案されている。しかし、レーザを光源とした投射型表示装置では、投影画像中にレーザ光のコヒーレント性に起因する粒上のスペックルノイズが発生し、投影画像の画質が劣化するという問題がある。
【０００４】
そこで、光源となるレーザ光の光路中に液晶または高分子液晶を用いてなる位相変調手段として、位相変調素子を用いた投射型表示装置が報告されている（特許文献１）。そして、この位相変調素子は、レーザ光の光軸と垂直な面内において遅相軸の方位方向とリタデーション値の一方または両方がそれぞれ異なった値で分布しており、レーザ光の入射面全面にわたって、遅相軸の方位方向が光軸を中心とする半径方向または円周方向に分布する例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７８００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１は、入射するレーザ光の光軸と垂直な面において、遅相軸の方位方向、リタデーション値が全面的に滑らかに変化するように分布している。そのため、位相変調手段に入射する光の領域のうち、一部の狭い領域における分布については、遅相軸の方位方向やリタデーション値の変化が小さいため、部分的にスペックルノイズを大きく低減することが困難という問題があった。
【０００７】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、コヒーレント性を有する光源を使用した場合、スペックルノイズを安定して大きく低減することができる信頼性の高い投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】  本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記単位領域は、第１の領域と第２の領域と第３の領域からなり、前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、この順に前記短手方向へ並び、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置を提供する。 また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記単位領域は、第１の領域と第２の領域と第３の領域からなり、前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、前記単位領域は、前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域が、互いに隣接した部分を含んで２次元的に配置された組み合わせが、１つまたは２つで構成され、かつ、前記単位領域が、２次元方向に複数個並んで配置される投射型表示装置を提供する。 また、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記単位領域は、Ｎ個の領域からなり（Ｎ≧５の整数）、前記Ｎ個の領域は、互いに異なる偏光状態の光を透過し、前記第Ｎ個の領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記短手方向へ並び、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置を提供する。 さらに、コヒーレント光を発光する光源を少なくとも一つ含む光源部と、前記光源部が発光した光を変調して画像光を生成する画像光生成部と、前記画像光を投射する投射部とを備える投射型表示装置であって、前記光源部から発光した光の光路中に、入射する光のうち少なくとも一部の偏光状態を変えて透過する偏光解消素子を有し、前記偏光解消素子は、特定の形状を有する単位領域が複数個並んで配置され、前記偏光解消素子は、透明基板上に複屈折性材料層を有し、前記単位領域は、長手方向と短手方向を有する一方向に長い領域であって、前記複屈折性材料層の光学軸は、前記短手方向が進行方向となる波状をなしてお���、かつ、前記単位領域が、前記短手方向へ並んでいる投射型表示装置を提供する。【０００９】
また、前記単位領域を透過する光の複数の偏光状態に対応する、複数のストークスベクトルの合成が略０である上記の投射型表示装置を提供する。
【００２６】
また、前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の最大傾斜が４５度以上となる上記の投射型表示装置を提供する。
【００２７】
また、前記進行方向に対して、波状となる前記光学軸の傾斜角度が一定に変化する上記の投射型表示装置を提供する。
【００２８】
また、前記複屈折性材料層は、入射する光に対して１／２波長板の機能を有する位相差を与える上記の投射型表示装置を提供する。
【００２９】
また、前記複屈折性材料層は、複屈折材料からなる上記の投射型表示装置を提供する。
【００３０】
また、前記偏光解消素子に入射する光は直線偏光の光である上記の投射型表示装置を提供する。
【００３１】
さらに、前記偏光解消素子を振動させるための揺動制御部を備える上記の投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、コヒーレント性を有する光源を使用する投射型表示装置において、発生するスペックルノイズを、投射画像の全面にわたって安定して大きく低減することができる効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）投射型表示装置の構成概念図。（ｂ）揺動制御部を有する投射型表示装置の構成概念図
【図２】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第１の実施形態）。（ｂ）単位領域の構成および透過光の偏光状態を示す模式図。（ｃ）単位領域の構成および透過光の他の偏光状態を示す模式図。
【図３】各位置の偏光状態を示すポワンカレ球。
【図４】（ａ）単位領域の断面模式図の例１（第１の実施形態）。（ｂ）単位領域の断面模式図の例２（第１の実施形態）。
【図５】（ａ）単位領域の断面模式図の例３（第１の実施形態）。（ｂ）単位領域の断面模式図の例４（第１の実施形態）。（ｃ）単位領域の断面模式図の例５（第１の実施形態）。
【図６】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第２の実施形態）。（ｂ）単位領域の構成および透過光の偏光状態を示す模式図。（ｃ）単位領域の構成および透過光の他の偏光状態を示す模式図。
【図７】（ａ）単位領域の断面模式図の例１（第２の実施形態）。（ｂ）単位領域の断面模式図の例２（第２の実施形態）。
【図８】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第３の実施形態）。（ｂ）投射型表示装置に用いる他の偏光解消素子（第３の実施形態）。（ｃ）単位領域の構成および透過光の偏光状態を示す模式図。（ｄ）単位領域の構成および透過光の他の偏光状態を示す模式図。
【図９】（ａ）単位領域の断面模式図（第３の実施形態）。（ｂ）単位領域の他の断面模式図（第３の実施形態）。
【図１０】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第４の実施形態）。（ｂ）単位領域の構成および透過光の偏光状態を示す模式図。（ｃ）単位領域の構成および透過光の他の偏光状態を示す模式図。
【図１１】（ａ）単位領域の第１部分の断面模式図（第４の実施形態）。（ｂ）単位領域の第２部分の断面模式図。（ｃ）他の単位領域の第１部分の断面模式図（第４の実施形態）。（ｄ）他の単位領域の第２部分の断面模式図（第４の実施形態）。
【図１２】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第５の実施形態）。（ｂ）単位領域の構成および透過光の偏光状態を示す模式図。（ｃ）単位領域の構成および透過光の他の偏光状態を示す模式図。
【図１３】（ａ）単位領域の断面模式図（第５の実施形態）。（ｂ）単位領域の他の断面模式図（第５の実施形態）。
【図１４】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第６の実施形態）。（ｂ）単位領域の構成を示す模式図。（ｃ）他の単位領域の構成を示す模式図。（ｄ）偏光解消素子の断面模式図（第６の実施形態）。
【図１５】（ａ）投射型表示装置に用いる偏光解消素子（第７の実施形態）。（ｂ）投射型表示装置に用いる他の偏光解消素子（第７の実施形態）
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（投射型表示装置の実施形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）は、本実施形態に係る投射型表示装置の構成を示す模式図である。発光手段であるコヒーレント光を発する光源部として、例えば半導体レーザや固体レーザなど、少なくとも１つのレーザ１１から出射された光はコリメータレンズ１２によって略平行光となるように集光され、偏光子１３を通過する。レーザ１１として例えば、半導体レーザは直線偏光の光を出射するが、製造ばらつきや使用環境温度変化等により、その偏光方向にばらつきや時間的変動を有する場合がある。偏光子１３は、この光の偏光状態を一定にするためのものであるが、省略することも可能である。偏光子１３を通過した光は、後述する各構成の偏光解消素子２０によって偏光状態が異なる光を透過させることにより空間的な光干渉性を平均化して出射するものである。偏光解消素子２０を透過した散乱光は、集光レンズ１４により、画像光生成部である空間光変調器１５に集光される。また、レーザ１１から出射する光は、ファイバなどを用いて導光されることで散乱される光でもよく、この場合、投射型表示装置１０ａ、１０ｂは、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す構成を有するものであってもよいが、コリメータレンズ１２、偏光子１３を含まない構成としてもよい。
【００３５】
偏光解消素子２０を通過した光は、集光レンズ１４を通過後、均質化されて空間変調器１５へ照射される。集光レンズ１４としては、例えば、開口数が大きなコンデンサレンズを使用すると、光を効率よく取り込めるので、光利用効率を高くすることができる。空間光変調器１５としては、典型的には透過型液晶パネルが使用可能であるが、反射型の液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）などを使用してもよく、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルを使用する時は、光の利用効率を上げるために偏光解消素子２０と空間変調器１５と、の間に偏光変換素子を配置してもよい。つまり、この偏光変換素子を透過させることにより、偏光状態を揃えることができ、例えば、偏光依存性のある光学素子を透過または反射させる場合、光の利用効率を高くすることができる。
【００３６】
このように空間光変調器１５に入射した光束は、画像信号に応じて変調され、投影レンズ１６によってスクリーン１７などに投影される。なお、光源は、１つのレーザ光源のみを使用する構成であっても、異なる波長の光を出射するレーザ光源を複数配置する構成であっても、コヒーレント性を有さない光源とレーザ光源とを組み合わせて用いる構成であってもよい。また、偏光解消素子２０は空間変調素子１５と投影レンズ１６と、の間の光路中または、投影レンズ１６とスクリーン１７と、の間の光路中に配置してもよい。
【００３７】
また、図１（ｂ）に示す投射型表示装置１０ｂは、偏光解消素子２０を揺動するための揺動制御部２１を備えるものであり、それ以外は、図１（ａ）に示す投射型表示装置１０ａと同じ構成を示したものである。具体的に揺動制御部２１は、一定の周期で特定の方向に偏光解消素子２０を揺動できればよく、モータ、バネ、圧電素子、電磁力を利用したアクチュエータなどの機械的機構を有する。偏光解消素子２０を揺動させる方向は、例えば、光軸に対して垂直な面内において１次元方向に繰り返し振動させたり、光軸を中心に回転させたり、または、光軸に対して垂直な面内において円を描くように振動させたりしてもよい。さらに、揺動制御部２１は、偏光解消素子２０を光軸方向に振動させたり、３次元的に振動させたりする機構が備わっていてもよい。また、振動させる周期としては、人間の目によって追従できなくなる３０Ｈｚ以上とすることが好ましく、５０Ｈｚ以上であればより好ましい。なお、偏光解消素子２０の具体的な構成と、偏光解消素子２０を揺動させる方向との関係については後述する。
【００３８】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第１の実施形態）
次に、本発明の投射型表示装置に用いる偏光解消素子について説明する。なお、以降説明する各偏光解消素子は、いずれも、投射型表示装置１０ａ、１０ｂの偏光解消素子２０の位置、空間変調素子１５と投影レンズ１６との間の位置、または、投影レンズ１６とスクリーン１７との間の位置等に備えることができる。図２（ａ）は、本実施形態に係る偏光解消素子３０の平面模式図を示すものであり、偏光解消素子３０は、第１の領域３１と第２の領域３２からなる単位領域３３が、特定の方向に連続的に並んで配置された領域を有する。具体的に、第１の領域３１および第２の領域３２は長方形の領域を有し、長方形の短辺方向に、複数個の単位領域３３が配置される。ここで、配置される個数として、複数個とは、５〜５０個が好ましい。５個未満であれば、スペックルノイズの解消効果を十分に発揮することができず、５０個を超えると単位領域３３の境界で発生する回折により光量のロスが生じ、高い光利用効率が得られなくなるからである。
【００３９】
そして、第１の領域３１内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第２の領域３２内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。なお、単位領域３３は、長手方向と短手方向を有して、一方向が長い領域であれば、長方形に限らず、例えば、平行四辺形や台形、その他の多角形や曲面を有する形状であってもよく、単位領域が、短手方向に複数、並ぶように配置される。また、それぞれの偏光状態で透過する光の強度が略同一となるように、第１の領域３１と第２の領域３２の面積は、略同一であるとよい。なお、各領域を透過する光のストークスベクトルとして、光の強度Ｓ０を省略したが、このＳ０は、透過する領域の面積に比例するので、各領域の面積が同一でない場合に、光の強度Ｓ０を考慮してもよく、その場合は、各領域の面積が同一でなくてもよい。以降は、各領域の面積が略同一であるものとして説明する。
【００４０】
図２（ｂ）および図２（ｃ）は、単位領域３３のみを拡大した平面模式図であり、とくに、第１の領域３１および第２の領域３２を透過する光の偏光状態の組み合わせの例、について示したものである。なお、第１の領域３１を透過する光の偏光方向を第１の偏光方向、第２の領域３２を透過する光の偏光方向を第２の偏光方向とすると、第１の偏光方向と第２の偏光方向は、互いに直交することが好ましい。具体的に、図２（ｂ）は、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光３１ａと、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向となる第２の直線偏光の光３２ａの様子を示す。また、これらは、直線偏光の光の組み合わせに限らず、図２（ｃ）に示すように、第１の偏光方向となる第１の円偏光の光３１ｂと、第１の円偏光の光３１ｂと直交する、つまり、第１の円偏光の光３１ｂに対して逆回りで、第２の偏光方向となる第２の円偏光の光３２ｂと、の組み合わせであってもよい。
【００４１】
また、第１の領域３１を透過する光の偏光状態と、第２の領域３２を透過する光の偏光状態の組み合わせについて、ストークスパラメータＳを用いて、以下のように考えることができる。まず、ストークスパラメータＳは、通常（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）の４次元ベクトルで表すことができる。そして、光の進行方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に垂直なＸ−Ｙ面を与え、Ｓ０は光の強度、Ｓ１は例えばＸ軸方向を基準に０°方向に振動する電場の強度、Ｓ２はＸ軸方向を基準に４５°方向に振動する電場の強度、そしてＳ３は円偏光の強さを意味するものである。以降、ストークスパラメータＳは光の強度Ｓ０を省略して（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）の３次元ベクトルとして説明をする。
【００４２】
ここで、第１の領域３１を透過する光の偏光状態をストークスパラメータＳ（１）とし、Ｓ（１）＝（Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１）で表し、第２の領域３２を透過する光の偏光状態をストークスパラメータＳ（２）とし、Ｓ（２）＝（Ｓ１２，Ｓ２２，Ｓ３２）で表す。そして、偏光解消素子３０が、図２（ｂ）に示す偏光状態の組み合わせである場合、第１の直線偏光の光３１ａが、Ｓ（１）＝（１，０，０）であり、第２の直線偏光の光３２ａが、Ｓ（２）＝（−１，０，０）という関係となる。また、偏光解消素子３０が、図２（ｃ）に示す偏光状態の組み合わせである場合、第１の円偏光の光３１ｂが、Ｓ（１）＝（０，０，１）であり、第２の円偏光の光３２ｂが、Ｓ（２）＝（０，０，−１）という関係となる。
【００４３】
また、図３は、偏光状態を表わすポワンカレ球であって、第１の領域３１を透過する光の偏光状態と、第２の領域３２を透過する光の偏光状態との関係について、このポワンカレ球を用いて考えることができる。ここで、ポワンカレ球の中心点Ｃを基準として各ストークスパラメータの位置へ向かうベクトルをストークスベクトルとする。このとき、ポワンカレ球において、まず、第１の直線偏光の光３１ａのストークスベクトルは、Ｓ１軸上にプラス方向である一方、第２の直線偏光の光３２ａのストークスベクトルは、Ｓ１軸上にマイナス方向である。そして、第１の円偏光の光３１ｂのストークスベクトルは、Ｓ３軸上にプラス方向である一方、第２の円偏光の光３２ｂのストークスベクトルは、Ｓ３軸上にマイナス方向である。
【００４４】
ここで、第１の領域３１を透過する光のストークスベクトルと、第２の領域３２を透過する光のストークスベクトルと、の関係を考えると、いずれの場合も、これらのベクトルを合成するとゼロとなる。ここでは、第１の領域３１を透過する光と第２の領域３２を透過する光を、直線偏光の光または円偏光の光同士の組合せとしたが、これに限らず、これらの光の偏光状態を表わすストークスベクトルが互いに打ち消す関係であれば、例えば、楕円偏光の光同士であってもよい。なお、後述する他の偏光解消素子についても、単位領域を透過する光の偏光状態の関係を、ポワンカレ球を用いて説明することができる。
【００４５】
次に、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す各偏光状態の光を透過する単位領域３３の具体的な構成について説明する。まず、図４（ａ）、図４（ｂ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子３０は、透明基板３３ａ上に複屈折性材料からなる複屈折性材料層３４を有し、図４（ａ）、図４（ｂ）において、複屈折性材料層３４は、第１の領域３１のみに形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、例えば、複屈折性材料層３４により形成される凹凸を充填平坦化する、等方性透明材料からなる充填材料層３５を有し、透明基板３３ｂを、透明基板３３ａと対向させて一体化する構成であってもよい。
【００４６】
また、透明基板３３ａ、３３ｂは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、透明基板３３ａ、３３ｂは、例えば、空気との界面に、多層膜による反射防止膜を備えると、フレネル反射による光反射損失を低減できる。また、複屈折性材料としては、水晶やＬｉＮｂＯ３などの複屈折性結晶や、例えばポリカーボネートなどの有機フィルムを延伸させた複屈折性フィルムや、複屈折性を有する液晶モノマーを一方向に配向させるかまたは、ツイスト配向させた後に重合固化させた高分子液晶を用いることができる。
【００４７】
また、複屈折性材料層としては、この他に、微細な凸凹状の格子形状により発生する構造複屈折または、凹凸上の格子形状の上に光学多層膜を積層してなるフォトニック結晶などを用いることができる。なお、構造複屈折、フォトニック結晶などを用いる場合、光学軸は、微細な凸凹状の格子形状の長手方向と、その長手方向と直交する方向に相当する。また、透明基板３３ａと複屈折性材料層３４との間に図示しない配向膜が備わっていてもよく、ラビング処理された配向膜や紫外線などの光で配向方向を制御できる光配向膜、ＳｉＯ２などを斜方蒸着した配向膜や微細な溝構造により配向方向を制御する配向膜などを用いることができる。なお、以降の偏光解消素子に係る実施形態においても、とくに説明がない場合、透明基板や複屈折性材料として上記の材料を同様に用いることができる。
【００４８】
次に、複屈折性材料層３４の具体的構成について説明する。まず、偏光解消素子３０に入射し透過する光の方向をＺ方向とし、透明基板３３ａ面をＸ−Ｙ平面として考える。また、複屈折性材料層３４を構成する複屈折性材料の光学軸の方向が、Ｘ−Ｙ平面において、Ｘ軸に対して４５度をなす方向に揃っているものとする。なお、光学軸は、遅相軸または進相軸を意味する。ここで、入射する波長λの光に対する、複屈折性材料の常光屈折率をｎｏ、異常光屈折率をｎｅとすると、複屈折性材料層３４の厚さｄは、ｍを自然数として、（２ｍ−１）λ／（２×｜ｎｅ−ｎｏ｜）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。とくに、ｍ＝１とすると、ｄを小さくできるとともに、波長λが所定の値より変動する場合でも、所定の偏光状態から大きく変動せず、位相差の波長依存性が安定するので好ましい。以降、｜ｎｅ−ｎｏ｜は、屈折率異方性Δｎと表現する。
【００４９】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域３１に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層３４を透過してＸ方向の直線偏光の光となる。一方、第２の領域３２に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光のままである。これより、偏光解消素子３０に入射する光は、偏光状態が互いに直交する直線偏光の光が交互に並ぶような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。なお、入射する光の偏光状態は、これに限らず、Ｙ方向以外の直線偏光の光であったり、楕円偏光の光であったり、円偏光の光であったりしてもよい。いずれの偏光状態の光が入射した場合でも、透過する光の偏光状態を表わすストークスベクトルを合成したときに略ゼロになればよい。なお、後述する各実施形態については、入射する光の偏光状態はいずれも、Ｙ方向の直線偏光の光として説明する。
【００５０】
また、第２の領域３２には複屈折性材料層を有しないとしたが、これに限らない。例えば、遅相軸がツイストしないものとして、第１の領域３１および第２の領域３２の両方に複屈折性材料層を有し、このうち、第１の領域３１の厚さが、λ／（２×Δｎ）、第２の領域３２の厚さが、λ／Δｎの関係であっても、各領域を透過する光の偏光状態は図２（ｂ）に示すように、第１の直線偏光の光３１ａと第２の直線偏光の光３２ａとの関係となる。さらに、第１の領域３１の複屈折性材料層３４は１／２波長板の機能を有する構成に限らず、遅相軸が光軸方向を軸に厚さ方向に９０度ツイストして配向され、旋光子としての機能を有するものであってもよい。
【００５１】
次に、図２（ｃ）に示す偏光状態の関係となる偏光解消素子３０の具体的構成について説明する。ここで、図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、図２（ｃ）のＢ−Ｂ´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子３０は、第１の領域３１に複屈折性材料からなる複屈折性材料層３６を有し、第２の領域３２に複屈折性材料からなる複屈折性材料層３７を有する。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、図４（ａ）、図４（ｂ）で示す方向と同じものとする。
【００５２】
まず、図５（ａ）の構成について説明する。図５（ａ）の構成に基づく偏光解消素子３０は、第１の領域３１に複屈折性材料層３６、第２の領域３２に複屈折性材料層３７を有し、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料、同じ厚さを有するが、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、複屈折性材料層３６の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して４５度をなす方向に揃っている場合、複屈折性材料層３７の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して−４５度をなす方向に揃っているものとする。このとき、複屈折性材料層３６、３７の厚さｄは、ｍを自然数として、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／４波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層３６、３７上に、図示しない充填材料層、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。
【００５３】
また、図５（ｂ）の構成に基づく偏光解消素子３０は、第１の領域３１に複屈折性材料層３６、第２の領域３２に複屈折性材料層３７を有し、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料で、遅相軸の方向もＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向に対して４５度をなす同じ方向に揃っているが、厚さが異なるものとする。具体的に、ｍ、ｐを自然数として、複屈折性材料層３６の厚さｄ１は、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定され、複屈折性材料層３７の厚さｄ２は、（４ｐ−１）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定されて、１／４波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層３６、３７上に、図示しない充填材料層を充填平坦化して、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、この場合も、上記と同様の理由により、ｍ＝１、ｐ＝１であることが好ましい。
【００５４】
また、図５（ｃ）の構成に基づく偏光解消素子３０は、透明基板３３ａ上の第１の領域３１のみに複屈折性材料層３６を有し、透明基板３３ｂ上の第２の領域３２のみに複屈折性材料層３７を有する。そして、複屈折性材料層３６、複屈折性材料層３７によってできる凹凸を、充填材料層３８により充填平坦化して一体化される。これらを構成する複屈折性材料は同じ材料、同じ厚さを有するが、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、複屈折性材料層３６の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して４５度をなす方向に揃っている場合、複屈折性材料層３７の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して−４５度をなす方向に揃っているものとする。このとき、複屈折性材料層３６、３７の厚さｄは、ｍを自然数として、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／４波長板として機能させるとよい。また、この場合も、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。
【００５５】
そして、図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）の構成に基づく偏光解消素子３０に入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域３１に入射する光は、１／４波長板の機能を有する複屈折性材料層３６を透過して、第１の円偏光３１ｂとして、例えば右回りの円偏光の光３１ｂとなる。一方、第２の領域３２に入射する光は、１／４波長板の機能を有する複屈折性材料層３７を透過して、第２の円偏光３２ｂとして、この場合、左回りの円偏光の光３２ｂとなる。これより、偏光解消素子３０に入射する光は、偏光状態が互いに直交する偏光の光、この場合、右回りの円偏光の光と左回りの円偏光の光と、が交互に並ぶような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態に係る偏光解消素子３０は、透過する、第１の偏光方向と第２の偏光方向とは、互いに直交することが好ましい、として、直線偏光の光、円偏光の光を例に挙げたが、これに限らない。この他に、前述のように、図３に示すポワンカレ球に基づき、単位領域３３を透過する、これら２種類の偏光状態が、ストークスベクトルを打ち消す関係にあれば、第１の偏光方向と第２の偏光方向とが、互いに直交する楕円偏光の光であってもよく、この場合、複屈折性材料層の厚さを調整して、厚さと屈折率異方性Δｎとの積で表されるリタデーション値を調整するとよい。
【００５７】
また、本実施形態に係る偏光解消素子３０を、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、単位領域３３の長手方向とは異なる方向に振動するとよく、とくに、長手方向と直交する方向に振動させることが好ましい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【００５８】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第２の実施形態）
図６（ａ）は、本実施形態に係る偏光解消素子４０の平面模式図を示すものであり、偏光解消素子４０は、第１の領域４１と第２の領域４２からなる単位領域４３が、２次元的に複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個、連続して配置された領域を有する。具体的に、第１の領域４１および第２の領域４２はそれぞれ、正方形の領域を有し、単位領域４３は、２つの第１の領域４１と、２つの第２の領域４２とが隣接して交互に配置された、いわゆる市松模様をなして、正方形の領域を有する。なお、第１の領域４１および第２の領域４２は、正方形に限らず、長方形や平行四辺形、多角形などの領域を与えることもできる。
【００５９】
そして、第１の領域４１内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第２の領域４２内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。また、それぞれの偏光状態で透過する光の強度が略同一となるように、第１の領域４１と第２の領域４２の面積は、略同一であるとよい。なお、各領域を透過する光のストークスベクトルとして、光の強度Ｓ０を省略したが、このＳ０は、透過する領域の面積に比例するので、各領域の面積が同一でない場合に、光の強度Ｓ０を考慮してもよく、その場合は、各領域の面積が同一でなくてもよい。以降は、各領域の面積が略同一であるものとして説明する。
【００６０】
図６（ｂ）および図６（ｃ）は、単位領域４３のみを拡大した平面模式図を示すものであり、とくに、第１の領域４１および第２の領域４２を透過する光の偏光状態の組み合わせの例、について示したものである。なお、第１の領域４１を透過する光の偏光方向を第１の偏光方向、第２の領域４２を透過する光の偏光方向を第２の偏光方向とすると、第１の偏光方向と第２の偏光方向は、互いに直交することが好ましい。具体的に、図６（ｂ）は、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光４１ａと、第２の偏光方向となる第２の直線偏光の光４２ａの様子を示したものである。また、直線偏光の光の組み合わせに限らず、図６（ｃ）に示すように、第１の偏光方向となる第１の円偏光の光４１ｂと、第１の円偏光に対して逆回りの、第２の偏光方向となる第２の円偏光の光４２ｂと、の組み合わせであってもよい。さらに、これらの光の偏光状態の組み合わせは、図３に示すポワンカレ球を用いて、ストークスベクトルが互いに打ち消す関係であれば、例えば、楕円偏光の光同士であってもよい。
【００６１】
次に、図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す各偏光状態の光を透過する単位領域４３の具体的な構成について説明する。まず、図７（ａ）は、図６（ｂ）のＣ−Ｃ´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子４０は、透明基板４３ａ上に複屈折性材料からなる複屈折性材料層４４を有し、図７（ａ）の複屈折性材料層４４は、第１の領域４１のみに形成されている。また、透明基板４３ａと複屈折性材料層４４との間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。複屈折性材料層４４は、偏光解消素子の第１の実施形態における複屈折性材料層３４と同様に、１／２波長板の機能を有する厚さ（リタデーション値）に設定されていてもよく、遅相軸が９０度ツイストされて配向されていてもよい。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、図７（ｂ）も含め、図４（ａ）、図４（ｂ）で示す方向と同じものとする。
【００６２】
また、偏光解消素子４０は、図７（ａ）の構成にさらに、複屈折性材料層４４により形成される凹凸を充填平坦化する、図示しない充填材料層を有したり、さらに、透明基板４３ａと対向する、図示しない透明基板を有したりしてもよい。また、偏光解消素子４０は、第２の領域４２にも、図示しない複屈折性材料層を有し、第１の領域４１におけるリタデーション値と、第２の領域４２におけるリタデーション値とが異なるように、複屈折性材料層の厚さが調整された構成を有するものであってもよい。なお、図６（ｂ）において、左から第２の領域４２、第１の領域４１と並んでいる部分の（断面）構成は図示してないが、例えば、図７（ａ）において、第１の領域４１と第２の領域４２と、が入れ替わった構成として考えることができる。
【００６３】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域４１に入射する光は、複屈折性材料層４４を透過してＸ方向の直線偏光の光４１ａとなる。一方、第２の領域４２に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光４２ａのままである。これより、偏光解消素子４０に入射する光は、偏光状態が互いに直交する直線偏光の光が交互に２次元的に並ぶような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００６４】
また、図７（ｂ）は、図６（ｃ）のＤ−Ｄ´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子４０は、第１の領域４１に複屈折性材料からなる複屈折性材料層４５を有し、第２の領域４２に複屈折性材料からなる複屈折性材料層４６を有する。そして、例えば、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料で、遅相軸の方向もＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向に対して４５度をなす同じ方向に揃っているが、厚さが異なるものとする。具体的に、ｍ、ｐを自然数として、複屈折性材料層４５の厚さｄ１は、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、複屈折性材料層４６の厚さｄ２は、（４ｐ−１）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／４波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層４５、４６上に、充填材料層を充填平坦化して、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、この場合も、偏光解消素子の第１の実施形態（図５（ｂ）に基づく）と同様の理由により、ｍ＝１、ｐ＝１であることが好ましい。
【００６５】
また、偏光解消素子４０は、偏光解消素子の第１の実施形態の図５（ａ）、図５（ｃ）と同様に、第２の領域４２に、複屈折性材料層４５と同じ材料、同じ厚さで、遅相軸が直交する複屈折性材料層を有する構成でもよく、この場合も、さらに図示しない充填材料層および対向する透明基板を有して一体化する構成であってもよい。なお、図６（ｃ）において、左から第２の領域４２、第１の領域４１と並んでいる部分の（断面）構成は図示してないが、例えば、図７（ｂ）において、第１の領域４１と第２の領域４２と、が入れ替わった構成として与えることができる。
【００６６】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域４１に入射する光は、複屈折性材料層４５を透過して右回りの円偏光の光４１ｂとなる。一方、第２の領域４２に入射する光は、複屈折性材料層４６を透過して左回りの円偏光の光４２ｂとなる。これより、偏光解消素子４０に入射する光は、偏光状態が互いに直交する円偏光の光が交互に２次元的に並ぶような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る偏光解消素子４０を、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、少なくとも光軸と交差する２次元方向に振動させることが好ましく、回転振動や軌道が円を描くように振動するように制御するとよい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【００６８】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第３の実施形態）
前述した偏光解消素子の第１、第２の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる第１の領域と第２の領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第３の実施形態では、第１の領域、第２の領域および第３の領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する。図８（ａ）、図８（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る偏光解消素子５０ａ、５０ｂの平面模式図を示すものであり、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３から構成される。また、第１の領域５１内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第２の領域５２内を透過する光の偏光状態も同一であり、さらに、第３の領域５３内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
【００６９】
図８（ａ）に示す偏光解消素子５０ａは、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３が長方形の領域を有し、長方形の短辺方向に、複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個の単位領域５４ａが連続して配置される。なお、単位領域５４ａは、長手方向と短手方向を有して、一方向が長い領域であれば、長方形に限らず、例えば、平行四辺形や台形、その他の多角形や曲面を有する形状であってもよく、単位領域が、短手方向に複数、並ぶように配置される。
【００７０】
また、図８（ｂ）に示す偏光解消素子５０ｂは、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３が正方形の領域を有し、第２の領域５２と第３の領域５３が隣接してできた長方形の長辺と、第１の領域５１の一辺と、が隣接してできる単位領域５４ｂが、複数個、好ましくは５〜５０個、２次元的に配列されて構成される。また、単位領域５４ｂは、第１の領域５１の一辺の線分の中心が、第２の領域５２と第３の領域５３とが接する位置と一致するように配置するとよい。なお、単位領域５４ｂの配列は、その単位領域５４ｂとなる多角形が１８０度回転して交互に配置される場合も含める。また、図８（ｂ）に示す偏光解消素子５０ｂは、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３が正方形でそれぞれ２個ずつ有してできる、多角形の単位領域５４ｃが、複数個、２次元的に配列されて構成される、と考えることもできる。
【００７１】
また、単位領域５４ａ、５４ｂおよび５４ｃにおける、第１の領域５１の面積、第２の領域５２の面積、第３の領域５３の面積は、それぞれの偏光状態で透過する光の強度が略同一となるように、略同一であるとよいが、これに限らない。例えば、単位領域の中の、各領域を透過する光のストークスベクトルとして、光の強度Ｓ０はストークスベクトルの大きさを表すが、このＳ０は、透過する領域の面積に比例するので、各領域の面積が同一でない場合に、光の強度Ｓ０を考慮してもよい。つまり、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３の面積が同一でない場合には各領域のストークスベクトルの大きさは異なるが、例えば、面積の広い領域の光のストークスベクトルを打ち消すように、他の領域を透過する面積および／または偏光状態を調整するようにし、各領域のストークスベクトルの合成がゼロとなるように偏光解消素子５０ａ、５０ｂを構成することで、同レベルの偏光解消性を得ることができる。なお、他の偏光解消素子において、単位領域に含まれる領域が３を超える場合も、同様に、光の強度Ｓ０を考慮することができるが、とくに、記載がない場合、単位領域に含まれる各領域の面積は略同一であるものとして説明する。
【００７２】
図８（ｃ）および図８（ｄ）は、単位領域５４ａのみを拡大した平面模式図を示すものであり、とくに、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３を透過する光の偏光状態の組み合わせの例、について示したものである。また、単位領域の形状は異なるが、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示す、透過する光の偏光状態は、図８（ｂ）の偏光解消素子５０ｂの単位領域５４ｂまたは単位領域５４ｃ内の各領域を透過する光の偏光状態として考えることもできる。
【００７３】
具体的に、図８（ｃ）は、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光５１ａ、第２の偏光方向となる第２の直線偏光の光５２ａ、そして、第３の偏光方向となる第３の直線偏光の光５３ａの様子を示したものである。そして、これら３種類の直線偏光の光の偏光方向が互いに約１２０度の角度をなす関係にある。また、このように、これら３種類の偏光状態の光はいずれも、直線偏光の光の組み合わせに限らず、図８（ｄ）に示すように、第１の偏光方向となる（第１の）直線偏光の光５１ｂと、第１の楕円偏光の光５２ｂと、第２の楕円偏光の光５３ｂと、の組み合わせであってもよい。この場合も、図３に示すポワンカレ球に基づいて、第１の領域５１、第２の領域５２、第３の領域５３を透過する光の各ストークスベクトルを合成すると、略ゼロとなる関係にあるようにすると好ましい。
【００７４】
また、図９（ａ）および図９（ｂ）は、図８（ａ）のＤ−Ｄ´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子５０ａは、透明基板５５ａ上において、第２の領域５２に複屈折性材料からなる複屈折性材料層５６を有し、第３の領域５３に複屈折性材料からなる複屈折性材料層５７を有する。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、図９（ｂ）も含め、図４（ａ）、図４（ｂ）で示す方向と同じものとする。また、ここでは、偏光解消素子５０ｂの断面模式図は示さないが、配列は異なるものの、偏光解消素子５０ａにおける、第１の領域５１、第２の領域５２および第３の領域５３と同じものと考える。
【００７５】
まず、図９（ａ）の構成について説明する。図９（ａ）の構成に基づく偏光解消素子５０ａは、透明基板５５ａ上に、第２の領域５２に複屈折性材料層５６、第３の領域５３に複屈折性材料層５７を有する。また、透明基板５５ａと複屈折性材料層５６、５７との間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。そして、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料、同じ厚さを有するが、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、複屈折性材料層５６の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して−３０度または６０度をなす方向に揃い、複屈折性材料層５７の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して３０度または−６０度をなす方向に揃っているものとする。このとき、複屈折性材料層５６、５７の厚さｄは、ｍを自然数として、（２ｍ−１）λ／（２×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層５６、５７上に、図示しない充填材料層、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。なお、図９（ａ）に示す、第２の領域５２、第３の領域５３を透過する光の偏光状態は、互いに異なる直線偏光として便宜的に示したものである。
【００７６】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域５１に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光５１ａのままである。一方、第２の領域５２に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層５６を透過してＸ軸に対して３０度の角度をなす直線偏光の光５２ａとなり、第３の領域５３に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層５７を透過してＸ軸に対して−３０度の角度をなす直線偏光の光５３ａとなる。これより、偏光解消素子５０ａに入射する光は、隣り合う領域を透過する直線偏光の光が互いに１２０度の角度をなすような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００７７】
また、第１の領域５１には複屈折性材料層を有しないとしたが、これに限らない。例えば、遅相軸がツイストしないものとして、第１の領域５１にも複屈折性材料層５６を有し、このうち、第１の領域５１の厚さが、λ／（Δｎ）、第２の領域５２の厚さが、λ／（２×Δｎ）の関係であっても、各領域を透過する光の偏光状態は図８（ｃ）に示すような関係となる。さらに、第２の領域５２の複屈折性材料層５６および第３の領域５３の複屈折性材料層５７は１／２波長板の機能を有する構成に限らず、遅相軸が光軸方向を軸に厚さ方向に＋３０度、−３０度ツイストして配向される旋光子の機能を有するものであってもよい。
【００７８】
次に、図８（ｄ）に示す偏光状態となる図９（ｂ）の構成について説明する。図９（ｂ）の構成に基づく偏光解消素子５０ａは、透明基板５５ａ上において、第２の領域５２に複屈折性材料層５８、第３の領域５３に複屈折性材料層５９を有し、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料で、遅相軸の方向もＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向に対して例えば、４５度をなす同じ方向に揃っているが、厚さが異なるものとする。また、透明基板５５ａと複屈折性材料層５８、５９との間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。そして、これらの複屈折性材料層の厚さを調整して、第１の楕円偏光の光５２ｂ、第２の楕円偏光の光５３ｂそれぞれの楕円偏光の偏光状態を調整し、図３に示すポワンカレ球に基づいて、これらの領域を透過する光の各ストークスベクトルを合成すると、略ゼロとなる関係にあるようにすると好ましい。また、偏光解消素子５０ａ、５０ｂは、例えば、複屈折性材料層５８、５９上に、充填材料層、透明基板を有して一体化する構成成であってもよい。なお、図９（ｂ）に示す、第２の領域５２、第３の領域５３を透過する光の偏光状態は、互いに異なる楕円偏光として便宜的に示したものである。
【００７９】
また、本実施形態に係る偏光解消素子５０ａを、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、単位領域５４ａの長手方向とは異なる方向に振動するとよく、とくに、長手方向と直交する方向に振動させることが好ましい。また、偏光解消素子５０ｂを、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、少なくとも光軸と交差する２次元方向に振動させることが好ましく、回転振動や軌道が円を描くように振動するように制御するとよい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【００８０】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第４の実施形態）
前述した偏光解消素子の第３の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる第１の領域、第２の領域および第３の領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第４の実施形態では、第１の領域、第２の領域、第３の領域および第４の領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する。図１０（ａ）は、本実施形態に係る偏光解消素子６０の平面模式図を示すものであり、第１の領域６１、第２の領域６２、第３の領域６３および第４の領域６４から構成される。また、第１の領域６１内を透過する光の偏光状態が同一であり、かつ、第２の領域６２内を透過する光の偏光状態も同一であり、かつ、第３の領域６３内を透過する光の偏光状態も同一であり、さらに、第４の領域６４内を透過する光の偏光状態も同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
【００８１】
図１０（ａ）に示す偏光解消素子６０は、いずれも正方形の領域を有する、第１の領域６１、第２の領域６２、第３の領域６３および第４の領域６４により構成される、正方形の単位領域６５が、２次元的に複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個が、連続して配置された領域を有する。なお、これらの４つの領域は、正方形に限らず、長方形などの領域を与えることもできる。図１０（ｂ）および図１０（ｃ）は、単位領域６５みを拡大した平面模式図を示すものであり、とくに、第１の領域６１、第２の領域６２、第３の領域６３および第４の領域６４を透過する光の偏光状態の組み合わせの例、について示したものである。
【００８２】
ここで、具体的に、図１０（ｂ）は、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光６１ａと、第２の偏光方向となる第２の直線偏光の光６２ａと、第３の偏光方向となる第３の直線偏光の光６３ａと、第４の偏光方向となる第４の直線偏光の光６４ａの様子を示したものである。また、直線偏光の光の組み合わせに限らず、図１０（ｃ）に示すように、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光６１ｂと、第２の偏光方向となる第１の円偏光の光６２ｂと、第３の偏光方向となる第２の円偏光の光６３ｂと、第４の偏光方向となる第２の直線偏光の光６４ｂと、の組み合わせであってもよい。さらに、これらの光の偏光状態を表わすストークスベクトルが互いに打ち消す関係であれば、例えば、楕円偏光の光が含まれてもよい。
【００８３】
次に、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示す各偏光状態の光を透過する単位領域６５の具体的な構成について説明する。まず、図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、それぞれ、図１０（ｂ）のＥ１−Ｅ１´およびＥ２−Ｅ２´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子６０は、透明基板６６ａ上に複屈折性材料からなる複屈折性材料層６７、複屈折性材料層６８および複屈折性材料層６９を有する。また、透明基板６６ａと複屈折性材料層６７、６８、６９との間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。そして、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料、同じ厚さを有するが、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、複屈折性材料層６７の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して２２．５度または−６７．５度をなす方向に揃い、複屈折性材料層６８の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して−２２．５度または６７．５度をなす方向に揃い、さらに、複屈折性材料層６９の遅相軸の方向が、Ｘ軸に対して４５度または−４５度をなす方向に揃っているものとする。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）も含め、図４（ａ）、図４（ｂ）で示す方向と同じものとする。
【００８４】
このとき、複屈折性材料層６７、６８、６９の厚さｄは、ｍを自然数として、（２ｍ−１）λ／（２×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層６７、６８、６９上に、充填材料層、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す、第２の領域６２、第３の領域６３を透過する光の偏光状態は、互いに異なる直線偏光として便宜的に示したものである。
【００８５】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域６１に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光６１ａのままである。一方、第２の領域６２に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層６７を透過してＸ軸に対して−４５度の角度をなす直線偏光の光６２ａとなり、第３の領域６３に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層６８を透過してＸ軸に対して４５度の角度をなす直線偏光の光６３ａとなり、さらに、第４の領域６４に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層６９を透過してＸ軸方向の直線偏光の光６４ａとなる。これより、偏光解消素子６０に入射する光は、隣り合う領域を透過する直線偏光の光が互いに４５度の角度をなす直線偏光の光として透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００８６】
また、このとき、第１の直線偏光の光６１ａのストークスパラメータＳ（１）は、Ｓ（１）＝（−１，０，０）、第２の直線偏光の光６２ａのストークスパラメータＳ（２）は、Ｓ（２）＝（０，−１，０）となる。そして、第３の直線偏光の光６３ａのストークスパラメータＳ（３）は、Ｓ（３）＝（０，１，０）、第４の直線偏光の光６４ａのストークスパラメータＳ（４）は、Ｓ（４）＝（１，０，０）となる。これらのストークスパラメータより、図３のポワンカレ球を用いて、各領域を透過する光のストークスベクトルを合成すると略ゼロの関係となる。
【００８７】
次に、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、それぞれ、図１０（ｃ）のＦ１−Ｆ１´およびＦ２−Ｆ２´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子６０は、透明基板６６ａ上に複屈折性材料からなる複屈折性材料層７１、複屈折性材料層７２および複屈折性材料層７３を有する。また、透明基板６６ａと複屈折性材料層７１、７２、７３との間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。そして、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料で、遅相軸の方向もＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向に対して例えば、４５度をなす同じ方向に揃っているが、厚さが異なるものとする。
【００８８】
具体的に、ｍ、ｐ、ｑを自然数として、複屈折性材料層７１の厚さｄ２は、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、複屈折性材料層７２の厚さｄ３は、（４ｐ−１）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／４波長板として機能させ、複屈折性材料層７２の厚さｄ３は、（２ｑ−１）λ／（２×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層７１、７２、７３上に、充填材料層を充填平坦化して、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、この場合も、偏光解消素子の第１の実施形態（図５（ｂ）に基づく）と同様の理由により、ｍ＝１、ｐ＝１、ｑ＝１であることが好ましい。
【００８９】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域６１に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光６１ｂのままである。一方、第２の領域６２に入射する光は、１／４波長板の機能を有する複屈折性材料層７１を透過して右回りの円偏光の光６２ｂとなり、第３の領域６３に入射する光は、１／４波長板の機能を有する複屈折性材料層７２を透過して左回りの円偏光の光６３ｂとなり、さらに、第４の領域６４に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層７３を透過してＸ軸方向の直線偏光の光６４ｂとなる。これより、偏光解消素子６０に入射する光は、隣り合う領域を透過する光の偏光状態が互いに異なる光として透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００９０】
また、このとき、第１の直線偏光の光６１ｂのストークスパラメータＳ（１）は、Ｓ（１）＝（−１，０，０）、第１の円偏光の光６２ｂのストークスパラメータＳ（２）は、Ｓ（２）＝（０，０，１）となる。そして、第２の円偏光の光６３ｂのストークスパラメータＳ（３）は、Ｓ（３）＝（０，０，−１）、第２の直線偏光の光６４ｂのストークスパラメータＳ（４）は、Ｓ（４）＝（１，０，０）となる。これらのストークスパラメータより、図３のポワンカレ球を用いて、各領域を透過する光のストークスベクトルを合成すると略ゼロの関係となる。
【００９１】
このように、単位領域６５において、互いに異なる４つの偏光状態の光を透過する場合、直線偏光の光同士の組み合わせ、直線偏光の光と円偏光の光との組み合わせ、を与える例について説明したがこれに限らない。互いに異なる４つの偏光状態の光の、ストークスベクトルを合成することによって、その結果、略ゼロとなる関係が成立するような偏光状態とする組み合わせであれば、透過する光が楕円偏光の光を含むものであってもよい。
【００９２】
また、本実施形態に係る偏光解消素子６０を、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、少なくとも光軸と交差する２次元方向に振動させることが好ましく、回転振動や軌道が円を描くように振動するように制御するとよい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【００９３】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第５の実施形態）
前述した偏光解消素子の第４の実施形態では、透過する光の偏光状態が互いに異なる４つの領域により単位領域が構成されるものについて説明した。偏光解消素子の第５の実施形態では、第１の領域、第２の領域、第３の領域、・・・、第Ｎの領域により単位領域が構成される偏光解消素子について説明する（Ｎ≧５の整数）。図１２（ａ）は、本実施形態に係る偏光解消素子８０の平面模式図を示すものであり、単位領域８６は、第１の領域８１、第２の領域８２、第３の領域８３、・・・、第（Ｎ−１）の領域８４、第Ｎの領域８５がこの順に並ぶように構成される。また、第１〜第Ｎの各領域内を透過する光の偏光状態が同一であるが、これらの領域同士では、透過する光の偏光状態は互いに異なる。
【００９４】
偏光解消素子８０は、第１の領域８１〜第Ｎの領域８５からなる単位領域８６が、特定の方向に連続的に配置された領域を有する。具体的に、第１の領域８１〜第Ｎの領域８５は長方形の領域を有し、長方形の短辺方向に、複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個の単位領域８６が配置される。なお、単位領域８６は、長手方向と短手方向を有して、一方向が長い領域であれば、長方形に限らず、例えば、平行四辺形や台形、その他の多角形や曲面を有する形状であってもよく、単位領域が、短手方向に複数、並ぶように配置される。図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、単位領域８６のみを拡大した平面模式図を示すものである。具体的に、図１２（ｂ）は、第１の偏光方向となる第１の直線偏光の光８１ａと、第２の偏光方向となる第２の直線偏光の光８２ａと、第３の偏光方向となる第３の直線偏光の光８３ａと、・・・、第（Ｎ−１）の偏光方向となる第（Ｎ−１）の直線偏光の光８４ａと、第Ｎの偏光方向となる第Ｎの直線偏光の光８５ａの様子を示したものである。
【００９５】
また、直線偏光の光の組み合わせに限らず、図１２（ｃ）に示すように、例えば、第１の偏光方向となる（第１の）直線偏光の光８１ｂと、第２の偏光方向となる第１の楕円偏光の光８２ｂと、第３の偏光方向となる第２の楕円偏光の光８３ｂと、・・・、第（Ｎ−１）の偏光方向となる第（Ｎ−２）の楕円偏光の光８４ｂと、第Ｎの偏光方向となる第（Ｎ−１）の楕円偏光の光８５ｂと、の組み合わせであってもよい。本実施形態においても、これらの光の偏光状態を表わすストークスベクトルが互いに打ち消す関係であれば、例えば、これ以外の偏光状態同士の組合せであってもよい。そして、偏光解消素子８０は、単位領域８６を構成する各領域を長方形の領域としたが、これに限らず、例えば、正方形の領域が２次元的に配列されて、単位領域を構成するものであってもよい。
【００９６】
次に、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示す各偏光状態の光を透過する単位領域８６の具体的な構成について説明する。まず、図１３（ａ）の構成について説明する。図１３（ａ）は、図１２（ｂ）のＧ１−Ｇ１´に沿って得られる断面模式図の例を示したものである。偏光解消素子８０は、透明基板８７ａ上において、第２の領域８２に複屈折性材料からなる複屈折性材料層９２ａを有し、第３の領域８３に複屈折性材料からなる複屈折性材料層９３ａを有する。さらに、第（Ｎ−１）の領域８４に複屈折性材料からなる複屈折性材料層９４ａを有し、第Ｎの領域８５に複屈折性材料からなる複屈折性材料層９５ａを有する。また、透明基板８７ａと複屈折性材料層９２ａ、９３ａ、・・・、９４ａ、９５ａとの間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向は、図１３（ｂ）も含め、図４（ａ）、図４（ｂ）で示す方向と同じものとする。
【００９７】
そして、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料、同じ厚さを有するが、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、複屈折性材料層９２ａの遅相軸の方向、複屈折性材料層９３ａの遅相軸の方向、・・・、複屈折性材料層９４ａの遅相軸の方向、複屈折性材料層９５ａの遅相軸の方向の順に、等間隔の角度をなす方向に揃っているものとする。このとき、複屈折性材料層９２ａ、９３ａ、・・・、９４ａ、９５ａの厚さｄは、ｍを自然数として、（２ｍ−１）λ／（２×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。また、例えば、複屈折性材料層９２ａ、９３ａ、・・・、９４ａ、９５ａ上に、図示しない充填材料層、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。また、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。なお、図１３（ａ）に示す、第２の領域８２、第３の領域８３、第（Ｎ−１）の領域８４、第Ｎの領域８５を透過する光の偏光状態は、互いに異なる直線偏光として便宜的に示したものである。
【００９８】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、第１の領域８１に入射する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光８１ａのままである。一方、第２の領域８２に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層９２ａを透過してＹ軸に対して、（１８０／Ｎ）の角度をなす直線偏光の光８２ａとなり、第３の領域８３に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層９３ａを透過してＹ軸に対して、２×（１８０／Ｎ）の角度をなす直線偏光の光８３ａとなる。また、第（Ｎ−１）の領域８４に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層９４ａを透過してＹ軸に対して、（Ｎ−２）×（１８０／Ｎ）の角度をなす直線偏光の光８４ａとなり、第Ｎの領域８５に入射する光は、１／２波長板の機能を有する複屈折性材料層９５ａを透過してＹ軸に対して、（Ｎ−１）×（１８０／Ｎ）の角度をなす直線偏光の光８５ａとなる。これより、偏光解消素子８０に入射する光は、隣り合う領域を透過する直線偏光の光が互いに（１８０／Ｎ）度の角度をなすような偏光状態で透過するので、スペックルノイズを低減することができる。
【００９９】
また、第２の領域８２の複屈折性材料層９２ａ、第３の領域８３の複屈折性材料層９３ａ、・・・、第（Ｎ−１）の領域８４の複屈折性材料層９４ａ、第Ｎの領域８５の複屈折性材料層９５ａは１／２波長板の機能を有する構成に限らず、遅相軸が光軸方向を軸に厚さ方向にツイストして配向されるものであってもよい。このとき、各領域のツイスト角を考えると、第２の領域８２の複屈折性材料層９２ａは（１８０／Ｎ）度、第３の領域８３の複屈折性材料層９３ａは２×（１８０／Ｎ）、・・・、第（Ｎ−１）の領域８４の複屈折性材料層９４ａは（Ｎ−２）×（１８０／Ｎ）度、第Ｎの領域８５の複屈折性材料層９５ａは（Ｎ−１）×（１８０／Ｎ）となる。さらに、第１の領域８１には複屈折性材料層を有しないとしたが、これに限らない。例えば、遅相軸がツイストしないものとして、第１の領域８１にも図示しない複屈折性材料層を有し、このうち、第１の領域８１の複屈折性材料層の厚さが、λ／（Δｎ）、第２の領域８２の厚さが、λ／（２×Δｎ）の関係であってもよく、また、第１の領域８１の複屈折性材料層の光学軸が例えばＹ軸方向と一致するようにしても、各領域を透過する光の偏光状態は図１２（ｂ）に示すような関係となる。
【０１００】
次に、図１２（ｃ）に示す偏光状態となる図１３（ｂ）の構成について説明する。図１３（ｂ）の構成に基づく偏光解消素子８０は、透明基板８７ａ上において、第２の領域８２に複屈折性材料層９２ｂ、第３の領域８３に複屈折性材料層９３ｂ、・・・、第（Ｎ−１）の領域８４に複屈折性材料層９４ｂ、第Ｎの領域８５に複屈折性材料層９５ｂを有し、これらを構成する複屈折性材料は同じ材料で、遅相軸の方向もＸ−Ｙ平面において、Ｘ軸方向に対して例えば、４５度をなす同じ方向に揃っているが、厚さが異なるものとする。また、透明基板８７ａと複屈折性材料層９２ｂ、９３ｂ、・・・、９４ｂ、９５ｂとの間に図示しない配向膜が備わっていてもよい。
【０１０１】
そして、これらの複屈折性材料層の厚さを調整して、例えば、第１の楕円偏光の光８２ｂ、第２の楕円偏光の光８３ｂ、・・・、第（Ｎ−２）の楕円偏光の光８４ｂ、第（Ｎ−１）の楕円偏光の光８５ｂ、それぞれの偏光状態を調整し、図３に示すポワンカレ球に基づいて、これらの領域を透過する光の各ストークスベクトルを合成すると、略ゼロとなる関係にあるようにすると好ましい。また、偏光解消素子８０は、例えば、複屈折性材料層９２ａ、９３ａ、・・・、９４ａ、９５ａ上に、充填材料層、透明基板を有して一体化する構成であってもよい。なお、図１３（ｂ）に示す、第２の領域８２、第３の領域８３、・・・、第（Ｎ−１）の領域８４、第Ｎの領域８５を透過する光の偏光状態は、互いに異なる楕円偏光として便宜的に示したものである。
【０１０２】
また、本実施形態に係る偏光解消素子８０を、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、単位領域８６の長手方向とは異なる方向に振動するとよく、とくに、長手方向と直交する方向に振動させることが好ましい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【０１０３】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第６の実施形態）
前述した投射型表示装置に用いる偏光解消素子は、それぞれ、単位領域を有し、単位領域を構成する複数の領域のうち、各領域を透過する光は同一の偏光状態となるための構成を有するものであった。偏光解消素子の第６の実施形態では、単位領域を有するが、この単位領域は、透過する光の偏光状態が連続して変化する。図１４（ａ）は、本実施形態に係る偏光解消素子１００の平面模式図を示すものであり、正方形の単位領域１０１が、２次元的に複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個連続して配置された領域を有する。また、２次元的な配列としては図１４（ａ）に図示するように単位領域１０１が正方形で配列される他に、三角形や多角形等で配列されるものであってもよい。
【０１０４】
図１４（ｂ）、図１４（ｃ）は、単位領域１０１を拡大した平面模式図を示すものである。具体的に、図１４（ｂ）は、単位領域１０１の中心から放射状に光学軸１０２ａが与えられ、図１４（ｃ）は、単位領域１０１の中心より同心円状に光学軸１０２ｂが与えられるものである。なお、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）は、光学軸が連続的に変化するような状態を例に挙げたが、これに限らない。図１４（ｂ）の場合、例えば、単位領域の中心を基点に３０°ずつ、１２個の領域を与え、各領域の光学軸が一方向に揃うような擬似的な放射状の光学軸としてもよい。さらに、図１４（ｃ）の場合も、例えば、単位領域の中心を基点に３０°ずつ、１２個の領域を与え、各領域の光学軸が一方向に揃うような擬似的な同心円状の光学軸としてもよい。この場合、擬似的な同心円状としては、厳密に正十二角形のような光学軸のパターンとなる。以下、放射状、同心円状は、上記の擬似的な放射状、擬似的な同心円状も含むものとして説明する。また、図１４（ｄ）は、偏光解消素子１００の断面模式図を示すものであり、偏光解消素子１００は、透明基板１０３ａと透明基板１０３ｂとの間に、所定の配向をされた複屈折性材料層１０４を有する。なお、透明基板１０３ａと複屈折性材料層１０４との間、透明基板１０３ｂと複屈折性材料層１０４との間に図示しない配向膜を有してもよい。
【０１０５】
また、複屈折性材料層１０４における複屈折性材料として高分子液晶を用いる場合、配向方向をＵＶ光照射によりパターニングする方法を用いたり、透明基板１０３ａ、１０４ｂに溝形状を加工したりすることにより、この面内において所望の配向を得ることができる。この他に、複屈折性材料層１０４として、格子形状に加工された構造複屈折構造において、光学軸を周期的に変化させたものであってもよい。さらに、格子形状の上に多層膜を成膜して、屈折率異方性を発現するフォトニック結晶を用いて、光学軸方向を周期的に変化させたものであってもよい。
【０１０６】
また、複屈折性材料層１０４が図示しない配向膜で挟持される場合、透明基板１０３ａ側の配向膜と透明基板１０３ｂ側の配向膜は、透明基板の平面方向から見たときの配向方向が同一となるように重ねられたものである。そして、このような配向膜の構成により、複屈折性材料層１０４を構成する複屈折性材料の光学軸は、厚さ方向に捩れのない状態で配向されている。また、配向膜は、ポリイミド膜等をラビング処理して得られるが、例えば、ＳｉＯ２を斜方蒸着させてもよい。複屈折性材料層１０４を構成する複屈折性材料としては、液晶や高分子液晶が好ましく用いられる。また、高分子液晶を用いる場合、例えば、偏光解消素子１００は、透明基板１０３ｂや透明基板１０３ｂ側の図示しない配向膜が取り除かれた構成であってもよい。
【０１０７】
次に、複屈折性材料層の厚さについて考える。ここで、偏光解消素子１００に入射する波長λの光に対して、複屈折性材料層１０４の厚さｄは、ｍを自然数として、（２ｍ−１）λ／（２×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／２波長板として機能させるとよい。また、この場合も、上記と同様の理由により、ｍ＝１であることが好ましい。
【０１０８】
そして、入射する光をＹ方向の直線偏光の光とするとき、光学軸１０２ａ、１０２ｂが、Ｙ軸方向またはＸ軸方向である部分を透過する光は、偏光状態を変えずに透過するので、Ｙ方向の直線偏光の光のままである。そして、光学軸１０２ａ、１０２ｂが、Ｙ軸方向を基準に角度θ（≠０°、かつ、≠±９０°）である部分を透過する光は、１／２波長板の光学特性に基づき、Ｙ軸方向より２θの角度をなす直線偏光の光で透過する。このように、例えば、図１４（ｂ）に示す放射状の光学軸分布の単位領域や、図１４（ｃ）に示す同心円状の光学軸分布の単位領域を有する偏光解消素子１００は、連続的に光学軸が変化しているので、透過する直線偏光の光も連続的に変化するように分布する。
【０１０９】
また、本実施形態に係る偏光解消素子において、例として、単位領域内の光学軸が放射状または同心円状とした。この場合、透過する光はいずれも、直線偏光の光として与えられるが、図３に示すポワンカレ球に基づくと、いずれもポワンカレ球の赤道に沿ったストークスベクトルが発生し、これらのベクトルが打ち消し合って略ゼロとなる。また、単位領域は、上記の例に限らず、図３に示すポワンカレ球に基づいて、単位領域を透過する光の各ストークスベクトルを合成して、略ゼロとなる関係にあれば、円偏光の光や楕円偏光の光を含むものであってもよい。
【０１１０】
また、本実施形態に係る偏光解消素子１００を、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、少なくとも光軸と交差する２次元方向に振動させることが好ましく、回転振動や軌道が円を描くように振動するように制御するとよい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【０１１１】
（投射型表示装置に用いる偏光解消素子の第７の実施形態）
偏光解消素子の第７の実施形態は、単位領域内を透過する光の偏光状態が連続して変化する、第６の実施形態とは異なる形態を有するものである。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、それぞれ、本実施形態に係る偏光解消素子１１０ａ、１１０ｂの平面模式図を示すものであって、それぞれ、長方形の単位領域１１１、単位領域１１６が、長方形の短辺方向に、複数個、好ましくは、偏光解消素子の第１の実施形態と同じ理由で、５〜５０個連続的に配置される。また、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すように、単位領域１１１、１１６はそれぞれ、単位領域の短軸方向に波状に分布する光学軸１１１ａ、１１６ａを有し、この波の１周期分が、単位領域の短辺の長さに相当する。なお、図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、光学軸が連続的に変化するような状態を例に挙げたが、これに限らない。例えば、光学軸が一部不連続となる部分を含むような、擬似的な波状のパターンであってもよい。以下、波状は、上記の擬似的な波状も含むものとして説明する。
【０１１２】
また、偏光解消素子１１０ａ、１１０ｂの断面模式図については省略するが、第６の実施形態に係る偏光解消素子１００における図１４（ｄ）と同様の構造として考える。つまり、１／２波長板としての機能を有する複屈折性材料層を有し、例えば、この複屈折性材料層を構成する複屈折性材料の光学軸が平面から見たときに波状に分布するものである。
【０１１３】
次に、具体的に、光学軸が分布する波状の形状について説明する。波状の分布形状としては、サイン曲線、コサイン曲線、上凸の半円と下凸の半円とを交互に繋ぎ合わせた周期曲線や、上凸の放物線と下凸の放物線とを交互につなぎ合わせた周期曲線などを与えることができる。また、波の進行方向、例えば、図１５（ａ）、図１５（ｂ）でいうＸ軸方向を基準として、波の傾斜が４５度を含む形状とすると、この傾斜４５度となる部分に、例えば、Ｙ方向の直線偏光の光が入射するとき、Ｘ方向の直線偏光の光となって透過する。また、波の傾斜が０度となる部分も必ず含まれるので、この場合、透過する光は、互いに直交する、Ｘ方向の直線偏光の光とＹ方向の直線偏光の光と、をいずれも含むので好ましい。
【０１１４】
また、例えば、サイン曲線の形状としては、
｛Ｐ／（２π）｝×ｓｉｎ｛２π（ｘ／Ｐ）｝      ・・・  （１）
とすると、光学軸の最大傾斜αが４５度となり、透過する光について、互いに直交する直線偏光の光が含まれるので好ましい。また、ｘは、波の進行方向の座標軸、Ｐはピッチを表す。なお、図１５（ａ）は、光学軸の最大傾斜αが４５度となる波状の分布を有する偏光解消素子１１０ａを示すものである。
【０１１５】
また、偏光解消性を高めるためには、図３に示すポワンカレ球に基づいて、単位領域１１１、１１６を透過する光の各ストークスベクトルを合成すると、略ゼロとなる関係にあるようにすると好ましい。この場合、周期曲線１周期分において透過する光の偏光状態について、Ｘ方向の成分とＹ方向の成分との合計が略等しくなるように設計するとよい。例えば、ピッチＰを１［ｍｍ］とし、サイン曲線の振幅係数を０．１０４［ｍｍ］や０．５６９［ｍｍ］にするとサイン曲線１周期において透過する光の偏光状態としては、Ｘ方向の成分とＹ方向の成分が略等しくなる。ここで、図１５（ｂ）は、光学軸の最大傾斜αが７４．４度となる波状の分布を有し、上記でいう、ピッチＰが１［ｍｍ］、サイン曲線の振幅係数が０．５６９［ｍｍ］の設計例を含む偏光解消素子１１０ｂを示すものである。
【０１１６】
また、波状の波形について、波の進行方向であるｘ方向に対し、光学軸の傾斜角が一定の割合で変化するとともに、最大傾斜αが４５°となる設計とすると、透過する光の偏光状態について、ｘ方向の成分とｙ方向の成分との合計が略等しくなるので偏光解消性が高くなるので好ましい。このような設計に基づく形状としては、例えば、ｍを整数として、
−Ｐ／４＋ｍＰ≦ｘ≦Ｐ／４＋ｍＰ、であるとき、
（Ｐ／π）ｌｎ｜ｃｏｓ（πｘ／Ｐ−ｍπ）｜
−（Ｐ／π）ｌｎ｜ｃｏｓ（π／４）｜        ・・・  （２ａ）
であるとともに、
Ｐ／４＋ｍＰ≦ｘ≦３Ｐ／４＋ｍＰ、であるとき、
−（Ｐ／π）ｌｎ｜ｃｏｓ｛πｘ／Ｐ−（１＋２ｍ）π／２｝｜
＋（Ｐ／π）ｌｎ｜ｃｏｓ（π／４）｜        ・・・  （２ｂ）
とすることが好ましい。
【０１１７】
また、本実施形態に係る偏光解消素子１１０ａ、１１０ｂを、投射型表示装置１０ｂの偏光解消素子２０として用いる場合、揺動制御部２１は、少なくとも光軸と交差する面における１次元方向に振動させることが好ましく、周期方向に振動させることがより好ましく、さらに、２次元方向に回転振動や軌道が円を描くように振動するように制御すると好ましい。このように、揺動制御部２１で振動制御させることで、透過する光の偏光状態を空間的に変えるだけでなく、時間的にも変えることができるので、スペックルノイズを大きく低減することができる。
【０１１８】
また、本実施形態に係る偏光解消素子は、光学軸が連続的に変化する、波状の周期的分布を有するものとしたが、軽微な程度に波状の分布が離散的になる部分があっても、一定レベルの偏光解消性を有していれば同等の効果を得ることができる。
【実施例】
【０１１９】
（実施例１）
本実施例では、偏光解消素子の第２の実施形態に基づき、単位領域４３が第１の領域４１と第２の領域４２で、市松模様となる配置となる偏光解消素子を作製する。まず、石英ガラスからなる透明基板の一方の面に反射防止膜を形成する。そして、反射防止膜側とは反対側の面にポリイミドを塗布、焼成し、同一の方向に直線的にラビング処理を施すことにより配向膜を形成する。
【０１２０】
次に、配向膜の上に高分子液晶を約６．６μｍの厚さになるように形成し、これにより配向膜のラビング方向に光学軸が揃った均一な厚さの高分子液晶の層を得る。また、高分子液晶は、波長５３２ｎｍの光に対して、常光屈折率ｎｏが１．５０、異常光屈折率ｎｅが１．５４となる特性を有する材料を用いる。その後、フォトリソグラフィ工程およびドライエッチング工程を経て、高分子液晶の層を、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形の領域が一定間隔で規則的に除去されるようにし、高分子液晶が残った領域と高分子液晶を除去した領域とが市松模様をなすようにパターニングする。ここで、高分子液晶が残った領域と高分子液晶が除去された領域はいずれも０．５ｍｍ×０．５ｍｍの正方形となる。これより、単位領域が１ｍｍ×１ｍｍの正方形の市松模様で、さらに、この単位領域が１３×１１の配列となるように複数個並べられたパターンを得る。
【０１２１】
次に、高分子液晶の層のパターニングによりできる凹凸に、等方性光学材料を充填して、もう１枚の石英ガラス基板に接着させることで、偏光解消素子を得る。そして、作製した偏光解消素子に、波長５３２ｎｍの直線偏光の光を石英ガラス基板面に略垂直方向に入射する。このとき、入射する直線偏光の光の偏光方向が、高分子液晶の配向方向に対して４５度の角度をなすように、偏光解消素子を配置する。
【０１２２】
このように波長５３２ｎｍの直線偏光の光が入射すると、高分子液晶を有する領域を透過する光は、入射する直線偏光の光の偏光方向と直交する直線偏光の光となって透過する。一方、高分子液晶が除去された領域を透過する光は、入射する直線偏光の光のまま透過する。これより、隣り合う領域を透過する光は互いに直交する偏光方向の光となり、投射型表示装置のレーザ光源と投影レンズとの間の光路中に、偏光解消素子を配置すると、レーザの干渉により発生するスペックルノイズを低減することができる。
【０１２３】
（実施例２）
本実施例も、実施例１と同様に、偏光解消素子の第２の実施形態に基づき、単位領域４３が第１の領域４１と第２の領域４２で、市松模様となる配置となるが、実施例１とは別の構成となる偏光解消素子を作製する。まず、石英ガラスからなる透明基板にポリイミドを形成する工程は実施例１と同じである。そして、ポリイミドの表面について、基準方向に直線的にラビング処理を施す。その後、０．５ｍｍ×０．５ｍｍの領域が市松模様状に開口したマスクをあてて、最初にラビングした基準方向に対して４５度の方向にラビングする。これにより、ポリイミドの表面において、ラビング方向が０度方向と４５度方向となる２つの領域を有する配向膜を得る。
【０１２４】
次に、配向膜の上に高分子液晶を約６．６μｍの厚さになるように形成し、これにより配向膜のラビング方向に光学軸が揃った均一な厚さの高分子液晶の層を得る。この高分子液晶の層は、光学軸の方向が０度方向の領域と４５度方向の領域とで市松模様をなすようにパターニングされる。また、高分子液晶は、実施例１と同じ材料を用いる。これより、単位領域が１ｍｍ×１ｍｍの正方形の市松模様で、さらに、この単位領域が１３×１１の配列となるように複数個並べられたパターンを有する偏光解消素子を得る。
【０１２５】
そして、作製した偏光解消素子に、波長５３２ｎｍの直線偏光の光を石英ガラス基板面に略垂直方向に入射する。このとき、入射する直線偏光の光の偏光方向が、いずれかの光学軸、つまり０度または４５度の方向に合うように、偏光解消素子を配置する。このように波長５３２ｎｍの直線偏光の光が入射すると、一方の領域を透過する光は、入射する直線偏光の光の偏光方向と直交する直線偏光の光となって透過する。これに対し、他方の領域を透過する光は、入射する直線偏光の光のまま透過する。これより、隣り合う領域を透過する光は互いに直交する偏光方向の光となり、投射型表示装置のレーザ光源と投影レンズとの間の光路中に、偏光解消素子を配置すると、レーザの干渉により発生するスペックルノイズを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上のように、本発明は、コヒーレント性を有する光源を使用した場合に、投射する位置によらず、安定してスペックルノイズを低減することができる効果を有する投射型表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１０ａ、１０ｂ  投射型表示装置
１１  レーザ
１２コリメータレンズ
１３  偏光子
１４  集光レンズ
１５  空間光変調器
１６  投影レンズ
１７  スクリーン
２０、３０、４０、５０ａ、５０ｂ、６０、８０、１００、１１０ａ、１１０ｂ  偏光解消素子
２１  揺動制御部
３１、４１、５１、６１、８１  第１の領域
３１ａ、４１ａ、５１ａ、５１ｂ、６１ａ、６１ｂ、８１ａ、８１ｂ  第１の直線偏光の光
３１ｂ、４１ｂ、６２ｂ  第１の円偏光の光
３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、６４ｂ、８２ａ  第２の直線偏光の光
３２ｂ、４２ｂ、６３ｂ  第２の円偏光の光
３２、４２、５２、６２、８２  第２の領域
３３、４３、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、６５、８６、１０１、１１１、１１６  単位領域
３３ａ、３３ｂ、４３ａ、５５ａ、６６ａ、８７ａ、１０３ａ、１０３ｂ  透明基板
３４、３６、３７、４４、４５、４６、５６、５７、５８、５９、６７、６８、６９、７１、７２、７３、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ、９４ａ、９４ｂ、９５ａ、９５ｂ、１０４  複屈折性材料層
３５、３８  充填材料層
５２ｂ、８２ｂ  第１の楕円偏光の光
５３ｂ、８３ｂ  第２の楕円偏光の光
５３、６３、８３  第３の領域
５３ａ、６３ａ、８３ａ  第３の直線偏光の光
６４  第４の領域
６４ａ  第４の直線偏光の光
８４  第（Ｎ−１）の領域
８４ａ  第（Ｎ−１）の直線偏光の光
８４ｂ  第（Ｎ−２）の楕円偏光の光
８５  第Ｎの領域
８５ａ  第Ｎの直線偏光の光
８５ｂ  第（Ｎ−１）の楕円偏光の光
１０２ａ、１０２ｂ、１１１ａ、１１６ａ  光学軸
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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