(57)【要約】【課題】小型、かつ、画質の劣化を抑えることが可能なプロジェクタを提供すること。【解決手段】第２光変調素子９０には、入射側及び射出側それぞれに所定の振動方向の偏光光を透過させる入射側偏光素子９１及び射出側偏光素子９２が設けられ、入射側偏光素子９１及び射出側偏光素子９２のうち少なくとも入射側偏光素子９１は、所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタが一方向に配列された偏光ビームスプリッタアレイであり、偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチが第２光変調素子の画素ピッチの１０倍以上であることを特徴とする。【選択図】図１
2008089632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を射出する光源と、該光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、該第１光変調素子から射出された光を変調する第２光変調素子と、該第２光変調素子から射出された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子上に結像するリレー光学系とを備え、
前記第２光変調素子には、入射側及び射出側それぞれに所定の振動方向の偏光光を透過させる入射側偏光素子及び射出側偏光素子が設けられ、
前記入射側偏光素子及び前記射出側偏光素子のうち少なくとも入射側偏光素子は、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタが一方向に複数配列された偏光ビームスプリッタアレイであり、
前記偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチが前記第２光変調素子の画素ピッチの１０倍以上であることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記第２光変調素子は、入射する光の強度分布に応じて駆動信号が制御されてい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】
前記射出側偏光素子が、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記射出側偏光素子が、１つの偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記入射側偏光素子の偏光分離面と前記射出側偏光素子の偏光分離面とが平行となるように配置されていることを特徴とする請求項４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、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚ましく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかしながら、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は１〜１０２［nit］程度の範囲であり、また階調数は８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０−２〜１０４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。
【０００３】
また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある（例えば、特許文献１参照。）。ところが、それを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているため、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。
さらに、次期ＯＳ（Operating System）においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ、高階調の電子ディスプレイ装置の実現への要求が高まると予想される。
【０００４】
ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、登録商標）プロジェクタといった投写型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。
【０００５】
プロジェクタにおける輝度ダイナミックレンジ拡大のための基本的な構成は、光源からの射出光束を赤色、緑色および青色の各色光に分離し、分離した色光を第１の光変調素子で変調して所望の照明光量分布を形成し、変調された各色光をダイクロイックプリズムによって合成した後、リレー光学系によって第２の光変調素子上に伝達し、第２の光変調素子によって輝度を調節した上で照明するというものである。光変調素子としては、透過率が独立に制御可能な画素構造またはセグメント構造を有し、二次元的な透過率分布を制御し得る透過型変調素子が用いられている。その代表例としては、液晶ライトバルブがあげられる。また、透過型変調素子の代わりに反射型変調素子を用いてもよく、その代表例としては、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子が挙げられる。
【０００６】
いま、暗表示の透過率が０．２％、明表示の透過率が６０％の光変調素子を使用する場合を考える。光変調素子単体では、輝度ダイナミックレンジは、６０／０．２＝３００となる。上記ディスプレイ装置は、輝度ダイナミックレンジが３００の２段の光変調素子を光学的に直列に配置することに相当するので、理論上は３００×３００＝９００００の輝度ダイナミックレンジを実現することができる。また、階調数についてもこれと同等の考えが成り立ち、８ビット階調の光変調素子を光学的に直列に配置することにより８ビットを超える階調数を得ることができる。
なお、第１の光変調素子及び第２の光変調素子は、映像信号から作られた変調信号によってそれぞれ別個に駆動される。
【０００７】
ところで、下記特許文献１に記載の投射型光学装置は、第１光変調素子の像を第１光変調素子と第２光変調素子との間の光路上に配置されたリレー素子によって第２変調素子の入射面に伝達するものである。しかしながら、第２光変調素子の入出射側に配置される偏光板は、一般的に光吸収型の樹脂フィルムからなっているため、透過率が低く光利用効率が低下するという問題が生じる。さらに、このような偏光板は耐熱性が低いため、冷却のためのファンや放熱するための基板が必要になり、装置構造の大型化、複雑化をもたらしたり、経時変化により性能が低下するという問題が生じる。
ここで、光吸収型の偏光板以外の偏光板としては、入射した光を互いに直交する直線偏光成分のＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分割する偏光ビームスプリッタ（例えば、特許文献２参照。）や、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分に分割する偏光分離面が複数形成された偏光ビームスプリッタアレイ（例えば、特許文献３参照。）が存在する。
【特許文献１】特開２００５−２５０４４０号公報
【特許文献２】特開平７−２９４８５１号公報
【特許文献３】特開平５−１９２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の偏光照明装置に備えられた偏光ビームスプリッタをプロジェクタに用いると、偏光ビームスプリッタ自体が大きいため、装置全体の大型化をもたらしてしまう。
また、特許文献３に記載の偏光ビームスプリッタアレイは、光軸方向の厚みが薄いため、偏光ビームスプリッタアレイをプロジェクタに用いた場合、装置全体の小型を図ることができるものの、隣接するビームスプリッタの間隔を考慮していないものを用いると、表示される画像に明暗分布が生じ、画質劣化が発生してしまう。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型、かつ、画質の劣化を抑えることが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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のプロジェクタは、光を射出する光源と、該光源から射出された光を変調する第１光変調素子と、該第１光変調素子から射出された光を変調する第２光変調素子と、該第２光変調素子から射出された光を被投射面に投射する投射光学系と、前記第１光変調素子と前記第２光変調素子との間に設けられ、前記第１光変調素子による光学像を前記第２光変調素子上に結像するリレー光学系とを備え、前記第２光変調素子には、入射側及び射出側それぞれに所定の振動方向の偏光光を透過させる入射側偏光素子及び射出側偏光素子が設けられ、前記入射側偏光素子及び前記射出側偏光素子のうち少なくとも入射側偏光素子は、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタが一方向に複数配列された偏光ビームスプリッタアレイであり、前記偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチが前記第２光変調素子の画素ピッチの１０倍以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るプロジェクタでは、光源から射出された光は、第１光変調素子により変調された後、リレー光学系により第２光変調素子に導光される。そして、第２光変調素子に入射した光は変調され、投射光学系により投写される。したがって、第１光変調素子及び第２光変調素子を介して光源から射出された光を変調するので、比較的高い輝度ダイナミックレンジおよび階調数を実現することができるという効果が得られる。
さらに、偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチを考慮せずにプロジェクタに適用した場合は、第２光変調素子から射出される光にモアレ縞が発生してしまうが、本発明では、偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチが第２光変調素子の画素ピッチの１０倍以上であるため、モアレ縞の発生を抑えることができる。なお、数値の根拠については、実施形態で詳細に説明する。したがって、このような偏光ビームスプリッタアレイを用いているため、装置全体が小型になり、かつ、モアレ縞の発生を抑えたプロジェクタを提供することが可能となる。
【００１２】
また、リレー光学系から射出され、入射側偏光素子に入射した光うち所定の振動方向の偏光光は透過し、所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光は反射する。このような偏光ビームスプリッタを用いることにより、入射側偏光素子における所定の振動方向の偏光光の透過率は、従来の吸収型偏光板の透過率に比べて高いので光利用効率が高くなる。また、他の振動方向の偏光光の反射率も高いので、入射側偏光素子で吸収される光が極めて少なくなる。したがって、入射側偏光素子は、従来の吸収型偏光板に比べて光吸収による発熱が著しく小さくなるため、入射側偏光素子を冷却するためのファンや放熱基板を小型にすることができる。したがって、光利用効率が高く、装置全体の小型化を図ることが可能なプロジェクタを得ることが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係るプロジェクタでは、前記第２光変調素子は、入射する光の強度分布に応じて駆動信号が制御されていることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタでは、第２光変調素子は入射する光の強度分布に応じて駆動信号が制御されているため、偏光ビームスプリッタアレイによって第２光変調素子に入射する光に強度分布が生じる場合、第２光変調素子から射出される光の強度分布を均一にすることができる。このように、第２光変調素子に入射した光の明るさの分布を均一にすることで、投射画像のモアレ縞をより認識しづらくすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るプロジェクタでは、前記射出側偏光素子が、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有することが好ましい。
【００１６】
本発明に係るプロジェクタでは、第２光変調素子から射出され、射出側偏光素子に入射した光うち所定の振動方向の偏光光は透過し、所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光は反射する。このような偏光ビームスプリッタを用いることにより、入射側偏光素子として偏光ビームスプリッタを用いた場合と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明に係るプロジェクタでは、前記射出側偏光素子が、１つの偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタであることが好ましい。
本発明に係るプロジェクタでは、射出側偏光素子が、１つの偏光分離面を有する偏光ビームスプリッタであるため、射出側偏光素子から射出された光に明暗分布が生じることはない。これにより、さらにモアレの発生を抑えることが可能となる。
【００１８】
また、本発明に係るプロジェクタでは、前記入射側偏光素子の偏光分離面と前記射出側偏光素子の偏光分離面とが平行となるように配置されていることが好ましい。
【００１９】
入射側偏光素子の偏光分離面及び射出側偏光素子の偏光分離面が平行配置からずれると、射出側偏光素子から射出される光が偏光解消されてしまう。この偏光解消の結果、被投射面に投射される画像に面内輝度分布が発生するなど、画質の劣化が生じる。しかしながら、本発明に係るプロジェクタでは、入射側偏光素子の偏光分離面及び射出側偏光素子の偏光分離面が平行になっているため、偏光解消の発生を抑えることができる。したがって、偏光解消に起因する投射画像の輝度分布の発生を防止でき、その結果、投射画像の画質の劣化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態のプロジェクタの概略構成図であり、図２は、入射側偏光素子の拡大図であり、図３は、入射側偏光素子を通過する光の光路図及び通過後の光強度分布を示す図であり、図４は、横軸に画素ピッチに対する偏光ビームスプリッタアレイのアレイピッチの割合、縦軸に画素ピッチに対するモアレ縞のピッチの割合を示すグラフである。
【００２２】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ１は、光を射出する光源装置（光源）１０と、光源装置１０から射出された光の輝度分布を均一にする均一照明系２０と、赤色照明光、緑色照明光、青色照明光に分光された各色照明光に対応して配置されるとともに各色照明光の波長帯域の輝度を変調する色変調部４０と、色変調部４０において輝度変調されたそれぞれの光を合成して射出するクロスダイクロイックプリズム５０と、合成した光を導光するリレーレンズ（リレー光学系）６０と、リレーレンズ６０から射出された光の全波長領域の輝度を変調する輝度変調ライトバルブ（第２光変調素子）９０と、液晶ライトバルブ９０において輝度変調された光をスクリーン（被投射面）１００に投射する投射装置（投射光学系）９５とを備えている。
【００２３】
光源装置１０は、高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１から射出された光を反射及び集光させるリフレクタ１２とを備えている。
均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる第１レンズアレイ２１，第２レンズアレイ２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを備えており、これらがランプ１１側から順に配置されている。この構成により、ランプ１１から射出された光の輝度分布は第１，第２レンズアレイ２１，２２により均一化される。そして、均一化された光は、偏光変換素子２３により色変調部４０に入射可能な偏光方向に変換される。所定の偏光方向に変換された光は、集光レンズ２４により集光されダイクロイックミラー３１に入射する。なお、偏光変換素子２３は、例えば、偏光ビームスプリッタアレイと、１／２波長板とで構成されており、不定偏光状態の光を一方向に揃った所定の直線偏光に変換するものである。
【００２４】
色変調部４０は、透過率を独立に制御可能な複数の画素をマトリクス状に配列した３枚の赤色，緑色，青色照明光（以下、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光と称す）を変調する透過型液晶ライトバルブ（第１光変調素子）４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、光分路手段として２つのダイクロイックミラー３１，３２と、３つの反射ミラー３３，３４，３５と、５つのフィールドレンズ（レンズ３６，リレーレンズ３７，平行化レンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ）とを備えている。なお、透過型液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを一括して色変調ライトバルブと称す。
【００２５】
ダイクロイックミラー３１，３２は、ランプ１１から射出された光（白色光）をＲ光，Ｇ光，Ｂ光の３原色光に分離（分光）するものである。Ｒ光透過ダイクロイックミラー３１は、ガラス板等にＢ光及びＧ光を反射させ、Ｒ光を透過させる性質のダイクロイック膜が形成されたものである。Ｂ光透過ダイクロイックミラー３２は、ガラス板等にＧ光を反射させＢ光を透過する性質のダイクロイック膜が形成されたものである。
【００２６】
リレーレンズ３７は、レンズ３６近傍の光（光強度分布）を平行化レンズ３８Ｂ近傍に伝達するものである、また、レンズ３６はリレーレンズ３７に光を効率良く入射させる機能を有する。これにより、レンズ３６に入射したＢ光は、この強度分布がほぼ保持された状態で、かつ、光損失をほとんど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ４０Ｂに伝達される。平行化レンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂは、対応する液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する各色光を略平行化して、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂを透過した光を効率良くリレーレンズ６０に入射させる機能を有している。このようにして、ダイクロイックミラー３１，３２で分光されたＲＧＢ３原色の光は、上述したミラー（反射ミラー３３，３４，３５）及びフィールドレンズ（レンズ３６，リレーレンズ３７，平行化レンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ）を介して液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する。
【００２７】
液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光素子を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。これらの液晶ライトバルブ４０Ｂ，４０Ｇ，４０Ｒは、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。
そして、液晶ライトバルブ４０Ｒは、外部から入力される表示画像データに基づいて赤色照明光を輝度変調する。また、液晶ライトバルブ４０Ｇは、外部から入力される表示画像データに基づいて緑色照明光を輝度変調する。また、液晶ライトバルブ４０Ｂは、外部から入力される表示画像データに基づいて青色照明光を輝度変調する。
【００２８】
リレーレンズ６０は、クロスダイクロイックプリズム５０で合成された液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの光学像（光強度分布）を液晶ライトバルブ９０の画素面上に結像させるものであり、液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで形成された輝度分布を正確に伝達するものである。リレーレンズ６０は、開口絞りに対してほぼ対称に配置された前段レンズ群、後段レンズ群からなる等倍結像レンズである。また、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。前段レンズ群、後段レンズ群は、複数の凸レンズおよび凹レンズを含んで構成されているが、レンズの形状、大きさ、配置間隔および枚数、テレセントリック性、倍率その他のレンズ特性は、要求される特性によって適宜変更され得るものである。
【００２９】
輝度変調ライトバルブ９０の入射側に偏光ビームスプリッタアレイ（入射側偏光素子）９１が設けられ、射出側に射出側偏光板（射出側偏光素子）９２が設けられている。これにより、リレーレンズ６０から射出され偏光ビームスプリッタアレイ９１を透過した光は、所望の偏光光となり射出される。そして、偏光ビームスプリッタアレイ９１を透過した光は、輝度変調ライトバルブ９０により全波長領域の輝度が変調される。変調された光は、射出側偏光板９２により所望の偏光光として射出される。そして、輝度変調ライトバルブ９０において変調された光は、投射装置９５によりスクリーン１００に投射される。
【００３０】
次に、偏光ビームスプリッタアレイの詳細について説明する。
偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称す）９１は、図２に示すように、不定偏光光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光分離面９１ａを有する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）９１ｂが一方向に沿って複数個（図示例では８個）配列されたものである。また、隣接するＰＢＳ９１ｂの偏光分離面９１ａは、隣接するＰＢＳ９１ｂの境界面９１ｃに対して対称になるように配置されている。すなわち、偏光分離面９１ａは山形状に連なった配置となっている。
また、ＰＢＳアレイ９１は、リレーレンズ６０から射出された光が偏光分離面９１ａに４５度で入射するように配置されている。
【００３１】
また、偏光分離面９１ａには誘電体多層膜が形成されている。これにより、図２に示すように、ＰＢＳアレイ９１の偏光分離面９１ａにランダム偏光が入射すると、ｓ偏光光は、偏光分離面９１ａで反射され、再度隣接する偏光分離面９１ａで反射され入射側（リレーレンズ６０側）に戻ってくる。
一方、ｐ偏光光は、偏光分離面９１ａを透過しＰＢＳアレイ９１から射出される。このとき、ＰＢＳアレイ９１の偏光分離面９１ａに形成された誘電体多層膜のｐ偏光透過率（約９５％）は、通常の吸収型偏光板の透過率に比べて高いので光利用効率が高くなる。また、ｓ偏光光の反射率も高いので、ＰＢＳ９１ｂで吸収される光が極めて少ない。したがって、ＰＢＳアレイ９１は、通常の吸収型偏光板に比べて光吸収による発熱が著しく小さい。さらに、ＰＢＳ９１ｂを構成する材料は、ガラスや無機酸化物の多層膜であるため耐熱性が高い。これにより、ＰＢＳアレイ９１を吸収型偏光板に比べて冷却能力の低い冷却装置を用いて冷却すれば良いため、ＰＢＳアレイ９１を冷却するためのファンや放熱基板を小型にすることができる。
また、射出側偏光板９２としては、所定の偏光の光を透過させ、所定の偏光以外の光を吸収する吸収型の偏光板を用いている。
【００３２】
次に、ＰＢＳアレイ９１を通過する光の性質について図３を用いて説明する。
リレーレンズ６０から射出された光のうちＰＢＳアレイ９１を構成する１つのＰＢＳアレイ９１ｂを通過する光束Ｂ、すなわち、隣接する境界面９１ｃの間を通過する光束Ｂは、図３に示すように、光のロスがほとんど生じずに輝度変調ライトバルブ９０の入射端面９０ａに到達する。
一方、隣接するＰＢＳ９１ｂの境界面９１ｃには、個々のＰＢＳ９１ｂを接着するための接着層が存在する。これにより、リレーレンズ６０から射出された光のうち隣接するＰＢＳ９１ｂにまたがる光束Ａ、すなわち、隣接するＰＢＳ９１ｂの境界面９１ｃを通過する光束Ａの一部は吸収されたり、接着層とＰＢＳ９１ｂとの界面で表面反射が生じたりする。その結果、ＰＢＳアレイ９１に入射した光の透過率が他の部位に比べて低くなる。つまり、輝度変調ライトバルブ９０の入射端面９０ａから入射される光を全面にわたってみると、図３の光強度分布に示すように、ＰＢＳアレイ９１の境界面９１ｃにほぼ対応する位置に、他の部位の光強度に比べて低くなる暗部Ｄが生じ、周期的な明るさの分布となる。
【００３３】
このような周期的な明るさの分布の光が格子状の透過率分布を有する輝度変調ライトバルブ９０の画素面に入射すると、モアレが発生し投射画像の画質の劣化が生じやすくなる。
ここで、画質劣化の原因であるモアレ縞のピッチをＰとし、輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチをＰ０とし、ＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチをＰ１とすると、
【００３４】
【数１】
2008089632.tif 000003
【００３５】
となる。ここで、ｋ＝Ｐ１／Ｐ０とおくと、［数１］は、
【００３６】
【数２】
2008089632.tif 000004
【００３７】
として表される。
この関係を両対数グラフで図４に示す。
モアレは、モアレ縞のピッチＰが投射画像の画素ピッチＰ０より大きくなると（縦軸の値が１以上）人間の目で認識されるようになり、画質の劣化が著しくなる。
したがって、モアレ縞の最大許容されるピッチＰが投射画像の画素ピッチＰ０とほぼ同等と考えた場合（縦軸の値が１）、図４より、ＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１は、輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１／２以下、あるいは、１０倍以上にする必要が生じる。
ここで、ＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１を輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１／２以下とすると、画素ピッチＰ０に対するＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１を非常に小さくしなくてはならないため、ＰＢＳアレイ９１の製造条件が極めて厳しくなる。したがって、本実施形態では、ＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１を輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１０倍以上に設定している。
【００３８】
ここで、Ｐ１／Ｐ０＝１０のときの画素ピッチＰ０に対するモアレ縞のピッチＰの割合（Ｐ／Ｐ０）は１．１１であり、モアレ縞は表示画質を劣化させるほどではないものの、わずかに確認ができる。そこで、Ｐ１／Ｐ０＝１００とすれば、画素ピッチＰ０に対するモアレ縞のピッチＰの割合は１．０１であり、モアレ縞はほとんど認識できなくなる。したがって、ＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１は画素ピッチＰ０の１００倍以上であることがより望ましい。
また、具体的に、本実施形態のＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１が５ｍｍであり、輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０が十数μｍに設定されている。すなわち、ＰＢＳアレイ９１のＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１は輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１０倍以上となっている。なお、ＰＢＳ９１ｂの繰り返しピッチＰ１及び輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の値は一例にすぎない。また、繰り返しピッチＰ１は、輝度変調ライトバルブ９０の画像形成領域における偏光ビームスプリッタ９１ｂが並ぶ方向の長さの半分より小さいことが望ましい。
【００３９】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ１では、ＰＢＳアレイ９１の繰り返しピッチＰ１が輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１０倍以上であるため、モアレ縞の発生を抑えることができる。また、ＰＢＳアレイ９１を用いているため、プロジェクタＰＪ１全体が小型になり、かつ、モアレ縞の発生を抑えたプロジェクタＰＪ１を提供することが可能となる。
つまり、本実施形態のプロジェクタＰＪ１は、小型、かつ、画質の劣化を抑えることが可能である。
さらに投射画像のモアレ縞をより認識しづらくするには、図３に示す輝度変調ライトバルブ９０の入射端面９０ａから入射される光の周期的な強度分布が平坦になるように輝度変調ライトバルブ９０の駆動を制御すれば良い。具体的には、輝度変調ライトバルブ９０の本来の駆動信号に対して、図３に示す光強度分布の明るい部分に対する箇所の透過率を下げ、暗い部分に対する箇所の透過率を上げる信号を重畳させる。これにより、周期的な明るさの分布を均一な光強度分布にすることができるので、よりモアレの発生を抑えることが可能となる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタＰＪ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、入射側偏光素子９６及び射出側偏光素子９７の構成のみ第１実施形態と異なり、他の構成は第１実施形態と同様であるため、この点のみを説明する。
【００４１】
偏光ビームスプリッタアレイ（入射側偏光素子）９６は、図５に示すように、リレーレンズ６０と輝度変調ライトバルブ９０との間に配置されている。また、偏光ビームスプリッタアレイ９６は、図６に示すように、偏光分離面９６ａを有する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）９６ｂが一方向に沿って複数個（図示例では８個）配列されたものである。なお、偏光分離面９６ａの機能は第１実施形態の偏光分離面９１ａと同じである。
具体的には、図６に示すように、第１実施形態のＰＢＳアレイ９１の偏光分離面９１ａは、隣接するＰＢＳ９１ｂの境界面９１ｃに対して対称になるように配置されていたが、本実施形態のＰＢＳアレイ９６の偏光分離面９６ａは境界面９６ｃに対して同じ向きに傾斜している。また、ＰＢＳアレイ９６の境界面９６ｃには光吸収層が形成されている。これにより、リレーレンズ６０から射出され偏光分離面９６ａで反射されたｓ偏光は境界面９６ｃの光吸収層において吸収される。なお、ＰＢＳアレイ９６の境界面９６ｃには反射ミラーが形成されていても良い。この構成の場合、偏光分離面９６ａで反射されたｓ偏光は反射ミラーにおいて反射され、再び偏光分離面９６ａで反射されてリレーレンズ６０側に反射される。このようにＰＢＳアレイ９６の境界面９６ｃに加工を施すことにより、ＰＢＳアレイ９６の後段に迷光が発生するのを抑えている。
また、ＰＢＳアレイ９６のＰＢＳ９６ｂの繰り返しピッチＰ１は、輝度変調ライトバルブ９０の画素ピッチＰ０の１０倍以上となっている。
【００４２】
射出側偏光素子９７としては、図５に示すように、第１実施形態では吸収型の偏光板を用いたが、本実施形態では、不定偏光光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光に分離する１つの偏光分離面９７ａを有する偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ称す）を用いる。また、偏光分離面９７ａには第１実施形態のＰＢＳアレイ９１の偏光分離面９１ａに形成された多層膜と同様の誘電体多層膜が形成されている。
ここで、入射側にＰＢＳアレイ９６を用いた場合は、後段に配置された輝度変調ライトバルブ９０の駆動を制御することで、周期的な光強度分布を均一にすることができる。しかしながら、射出側偏光素子９７の後段には電気的に制御可能な部材がないため、投射装置９５に入射する光をより均一な光強度分布にするのは困難である。このため、投射画像に明暗分布を生じさせないためには、射出側の偏光素子としてはＰＢＳアレイではなくＰＢＳを用いることが好ましい。
また、ＰＢＳ９７は、リレーレンズ６０から射出された光が偏光分離面９７ａに４５度で入射するように配置されている。さらに、ＰＢＳアレイ９６及びＰＢＳ９７は、それぞれの偏光分離面９６ａ及び偏光分離面９７ａがほぼ平行になるように配置されている。
【００４３】
本実施形態に係るプロジェクタＰＪ２では、第１実施形態のプロジェクタＰＪ１と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態のプロジェクタＰＪ２では、射出側偏光板としてＰＢＳ９７を用いることにより、ＰＢＳ９７の偏光分離面９７ａに形成された誘電体多層膜のｐ偏光透過率（約９５％）が、通常の吸収型偏光板の透過率に比べて高くなるので光利用効率が高くなる。また、ｓ偏光光の反射率も高いので、ＰＢＳ９１ｂで吸収される光が極めて少なくなる。したがって、ＰＢＳ９７は、従来の吸収型偏光板に比べて光吸収による発熱が著しく小さくなり、さらに、ＰＢＳ９１ｂを構成する材料は、ガラスや無機酸化物の多層膜であるため耐熱性が高い。これらにより、ＰＢＳ９７を吸収型偏光板に比べて冷却能力の低い冷却装置を用いて冷却すれば良いため、ＰＢＳ９７を冷却するためのファンや放熱基板を小型にすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、上記効果を得るために射出側偏光板としてＰＢＳ９７を用いているので、入射側偏光素子として用いるＰＢＳアレイ９６のすべての偏光分離面９６ａとＰＢＳ９７の偏光分離面９７ａとを平行に配置している。すなわち、偏光分離面９６ａ及び偏光分離面９７ａが平行配置からずれると、偏光解消（depolarization：直線偏光光が、光学素子に入射した（あるいは反射される）際に、その直線偏光光の振動方向が回転する現象）が生じてしまう。しかしながら、本実施形態のように、偏光分離面９６ａ及び偏光分離面９７ａがほぼ平行となるように配置することで、スクリーン１００に投射される光の偏光が解消されることを抑えることができる。したがって、投射画像のスクリーン１００面内における輝度分布の発生による画質の劣化を抑制することが可能となる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態においては、第１及び第２光変調素子として、透過型の液晶ライトバルブを用いた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、第１及び第２光変調素子として、反射型の液晶ライトバルブを用いることも可能である。
また、第１実施形態のＰＢＳアレイ９１に代えて、第２実施形態で用いたＰＢＳアレイ９６を用いても良い。
また、第１実施形態において、輝度変調ライトバルブ９０の射出側偏光板９２が偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）であっても良い。しかしながら、上記のように輝度変調ライトバルブ９０の射出側の偏光素子にＰＢＳアレイを用いた場合は、投射装置９５に入射する光をより均一な光強度分布にするのは困難である。このため、投射画像に明暗分布を生じさせないためには、入射側の偏光素子のみＰＢＳアレイを用いることが好ましい。
【００４６】
また、上記各実施形態においては、投射装置として例えば、投射レンズを用いた装置が挙げられるが、これに限定されるものではなく、投射手段として投射ミラーを用いることもできる。
【００４７】
また、上記各実施形態のスクリーンを筐体の一部に露出して設置し、スクリーン以外の構成を筐体の内部に収納し、筐体の内部からスクリーンに対して背面投写す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に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの偏光ビームスプリッタを示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの入射側偏光素子を通過する光の光路図及び通過後の光強度分布を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの横軸に画素ピッチに対する偏光ビームスプリッタのアレイピッチの割合、縦軸に画素ピッチに対するモアレ縞のピッチの割合を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの偏光ビームスプリッタを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
ＰＪ１，ＰＪ２…プロジェクタ、１０…光源装置（光源）、４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ…透過型液晶ライトバルブ（第１光変調素子）、６０…リレーレンズ（リレー光学系）、９０…輝度変調ライトバルブ（第２光変調素子）、９１…入射側偏光素子（偏光ビームスプリッタアレイ）、９１ｂ…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、９２…射出側偏光板（射出側偏光素子）、９５…投射装置（投射光学系）、１００…スクリーン（被投射面）
【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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