(57)【要約】【課題】偏光状態の補正を良好に行い、画質の向上を図ることができるプロジェクタ、ならびに、プロジェクタなどに使用されて、偏光状態の補正を良好に行うことができるようにした位相差板および位相差板の配置方法を提供する。【解決手段】反射型の空間変調器２１とＰＢＳ２０との間に、偏光状態の補正を行うための１／４波長板２２を配置する。１／４波長板２２は、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板４１，４２の組み合わせになっている。それら２枚の位相差板４１，４２で発生させる位相差は、その配置状態に応じた適切な位相差量に設定されているので、１／４波長板２２を２枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正が良好に行われる。【選択図】　　　図２
2004126460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と、
前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された１／４波長板と、
前記空間変調器によって反射され、前記偏光選択素子によって選択された光を投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記１／４波長板が、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置されていると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置され、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、
（０．７５±０．３）波長の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と、
前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された１／４波長板と、
前記空間変調器によって反射され、前記偏光選択素子によって選択された光を投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記１／４波長板が、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるよう配置されていると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置され、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、
（０．５±０．４）波長の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．５±０．３）波長の範囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と、
前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された１／４波長板と、
前記空間変調器によって反射され、前記偏光選択素子によって選択された光を投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記１／４波長板が、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置されていると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置され、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、
Ｎを１以上３以下の整数として、（Ｎ±０．２）波長の範囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と、
前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された１／４波長板と、
前記空間変調器によって反射され、前記偏光選択素子によって選択された光を投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記１／４波長板が、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置されていると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置され、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、
０よりも大きく０．６５波長以下の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．７５±０．４）波長の範囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と
の間に、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生する位相差板を配置する方法であって、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置すると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置し、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、
（０．７５±０．３）波長の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
【請求項６】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と
の間に、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生する位相差板を配置する方法であって、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置すると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置し、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、
（０．５±０．４）波長の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．５±０．３）波長の範囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
【請求項７】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と
の間に、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生する位相差板を配置する方法であって、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が前記基準方向にほぼ直交するように配置すると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置し、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、
Ｎを１以上３以下の整数として、（Ｎ±０．２）波長の範囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
【請求項８】
偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、
偏光選択面を有し、その偏光選択面において、前記空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、前記空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と
の間に、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生する位相差板を配置する方法であって、
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、前記偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、前記偏光選択面の法線および前記１／４波長板の法線を含む面と、前記１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるよう配置すると共に、前記１／４波長板全体の遅相軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置し、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、
０よりも大きく０．６５波長以下の範囲内か、
または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．７５±０．４）波長の範囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
【請求項９】
異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成された位相差板であって、
前記第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、
０より大きく３／４波長以下か、または１以上３／２波長以下の範囲内となっている
ことを特徴とする位相差板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間変調器によって変調された光を投射して画像を形成するようにしたプロジェクタ、ならびにプロジェクタの照明光学系などにおいて使用される位相差板および位相差板の配置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光源からの光を空間変調器によって変調し、その変調光を投影レンズを介してスクリーンに投射することにより、画像を表示するようにした投射型の表示装置（プロジェクタ）が知られている。空間変調器としては、例えば、液晶表示パネル（ＬＣＤ；Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）またはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）などが用いられている。空間変調器の種類には、変調した入射光を透過させる透過型のものと、変調した入射光を反射させる反射型のものとがある。
【０００３】
反射型の空間変調器を用いたプロジェクタは、入射時にＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）などの偏光選択素子によって選択（透過または反射）された偏光成分のうち、空間変調器によりその偏光状態を変えられた成分が、偏光選択素子によって逆の選択（反射または透過）をされることにより光源とは異なる方向に進むという現象を用いて画像を形成している。
【０００４】
この反射型のプロジェクタにおける光の変調制御を行う部分について、具体的に図１７を用いて説明する。なお、図１７において、１００は光軸を示す。図に示したように、光源からの入射光２００は、ＰＢＳ１０１の偏光選択面１０１Ａにおいて、Ｓ偏光成分の光２００Ｓだけが選択（反射）されて空間変調器としての反射型液晶パネル１０２に到達する。到達した光は、反射型液晶パネル１０２が偏光状態に対して影響を与えない状態（オフ状態）である場合には、反射型液晶パネル１０２においてＳ偏光のまま反射されることによりＰＢＳ１０１に戻り、その偏光選択面１０１Ａにおいて、入射時とは逆方向にＳ偏光成分の光２０１Ｓとして反射され、光源側に戻る。
【０００５】
一方、反射型液晶パネル１０２が偏光状態に対して影響を与える状態（オン状態）では、反射型液晶パネル１０２からの反射光の一部またはすべてがＰ偏光成分の光２０１Ｐに変換されて、ＰＢＳ１０１の偏光選択面１０１Ａを透過する。この透過したＰ偏光成分の光２０１Ｐは、図示しない投影レンズによってスクリーン上に画像として結像される。階調表現については、反射型液晶パネル１０２における偏光状態の変化量によって制御を行っている。
【０００６】
なお、図１７に示した状態とは逆に、光源からの入射光を、反射型液晶パネル１０２の正面側から入射させ、反射型液晶パネル１０２からの戻り光のうち、ＰＢＳ１０１の偏光選択面１０１Ａにおいて反射により選択された光線を、投影レンズに導くようにすることもできる。
【０００７】
このような反射型のプロジェクタにおいて、オフ状態の場合には、反射型液晶パネル１０２に入射する際にＳ偏光成分の光２００Ｓであった光線は、反射後（出射時）にもすべてＳ偏光成分の光２０１Ｓとして光源側へ戻らなければいけないが、現実には一部がＰ偏光成分の光２０１ＰとなってＰＢＳ１０１を透過してしまう。
【０００８】
その理由を図１８および図１９を参照して説明する。図１８および図１９は、光の入射時と出射時とにおけるＰＢＳ１０１の偏光選択面１０１Ａの光学的な位置関係を示している。
【０００９】
Ｐ，Ｓの各偏光の電界方向は光線の進行方向と入射面（偏光選択面１０１Ａ）における法線ｎ１の向きとによって決定される。このため、図１８に示したように、入射する前と後とで偏光選択面１０１Ａが平行、つまり法線方向が同一の場合には、入射時と出射時のＰ，Ｓ両偏光の方向が一致する。このような理想的な状態では、入射側でＳ偏光成分としてＰＢＳ１０１で反射された光２００Ｓは、出射側でもＳ偏光成分の光２０１Ｓとなる。
【００１０】
しかしながら、図１７に示したような現実のプロジェクタにおける光学系では、光線とＰＢＳ１０１とに上述の理想的な位置関係が成り立っていない。現実の光学系では、光線が反射型液晶パネル１０２で反射するために、図１９に示したように、入射時と出射時の偏光選択面１０１Ａの関係は反射型液晶パネル１０２を含む平面に対称（鏡像）の関係になっている。このため、入出射時の偏光選択面１０１Ａの法線方向が異なることとなり、それぞれのＰ偏光およびＳ偏光の電界方向が同一にはならず、入射時にＳ偏光成分として反射された光線２００Ｓは、パネルが偏光状態に影響を与えないオフ状態であっても出射時の偏光選択面１０１Ａに対してはＰ偏光成分の光線２０１Ｐを含むことになる。このＰ偏光成分は出射時に除去されず、本来黒であるべき画面に到達し、画質（主に消光比）を損ねることになる。
【００１１】
このように入射する面が２つ以上存在する場合は、その面が互いに平行でない限り、通常の光線にとってはそれぞれの面での偏光成分が異なることになり、本来であれば出射時に除去されるべき成分が残ってしまい画質を損なう問題がある。
【００１２】
これを解決するための対策としては、反射型液晶パネル１０２とＰＢＳ１０１との間に１／４波長の位相差板（１／４波長板）を設置し、偏光状態の補正を行うのが一般的である。この場合、１／４波長板において光線は往復で２回通過するため、実効的に１／２波長板として機能する。
【００１３】
図２０は、１／４波長板を配置した場合における光の入射時と出射時とにおける各光学素子の光学的な位置関係を示している。図２０において、１／４波長板１２１の軸を紙面に垂直に設定しておくと、１／４波長板１２１を往復で２回透過することにより、光線の電界方向は図中の光軸１００を含み紙面に垂直な面に対して対称に反転する。その結果、入射側の偏光選択面１０１Ａ（実線）においてＳ偏光成分として反射された光線２００Ｓの電界方向は、仮想的な偏光選択面１０１Ｂ（点線）においてＳ偏光として反射した光線の電界方向と一致するようになる。この方向は出射側のＰＢＳ１０１に対するＳ偏光成分と一致するので、出射側のＰＢＳ１０１において良好に除去され、消光比（＝入射光／出射光）の劣化を防ぐことができる。このような１／４波長板を用いた従来技術の例としては、以下の公報記載のものがある。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１０−２６７５６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
この１／４波長板を用いる補正手法は、どのような光線に対しても１／４波長の位相差を発生させる理想的な位相差板では極めて有効に作用するが、実際には入射角によって位相差量が変化するので、光軸に対しての角度が大きい光線が含まれる場合には消光比の劣化が生じる。傾向として入射角が大きくなる程、また位相差板が厚くなる程消光比は下がる。
【００１６】
ここで、図２１および図２２を参照して、一般的に使用されている位相差板について説明する。水晶のように光学異方性を持つ結晶に光が入射すると、電界方向によって屈折率が異なるので波長の差が発生し、波数の差に応じた位相差が生じる。図２１（Ａ）に示した位相差板１３０では、常光線（屈折率ｎｏを感じる光線）の方が異常光線（屈折率ｎｅを感じる光線）より速度が速く、波長が長くなることによって位相差が発生する。図２１（Ｂ），（Ｃ）に、それぞれ位相差板１３０の内部における異常光線の状態と常光線の状態とを模式的に示す。
【００１７】
なお、位相差板は、入射光の互いに直交する成分に位相差を与えるが、位相差板において、互いに直交する２つの振動成分のうち、その位相速度が速い振動成分の振動方向を「進相軸」、遅い振動成分の振動方向を「遅相軸」という。図２１（Ａ）〜（Ｃ）の場合、常光線の屈折率ｎｏの方向（ｘ方向）が進相軸、異常光線の屈折率ｎｅの方向（ｙ方向）が遅相軸となっている。
【００１８】
水晶の場合、常光線と異常光線とで１／４波長の位相差を生じるのに必要な光路長（厚さ）は、１５ミクロン程度である。水晶の位相差板をこの厚さで実際に作成するのは薄すぎて困難なため、通常は、図２２（Ａ）に示したように、異なる位相差を発生させる第１および第２の位相差板１３１，１３２を２枚組み合わせ、それら２枚の位相差板１３１，１３２によって生ずる合計の位相差が１／４波長になるように調整するのが一般的である。この場合、屈折率ｎｏの軸（進相軸）と屈折率ｎｅの軸（遅相軸）との位置関係を９０°異なるようにして各位相差板１３１，１３２を配置する。
【００１９】
図２２（Ｂ），（Ｃ）に、それぞれ振動方向の直交する入射光線１４１，１４２が、位相差板１３１，１３２を通過したときの状態を模式的に示す。光線１４１は図２２（Ａ）のｙ方向、光線１４２は図２２（Ａ）のｘ方向に振動方向を持つ成分である。入射光線１４２の方に着目すると、まず第１の位相差板１３１においては、常光線となり位相が（Ｍ＋１／４）λ進み、次に、第２の位相差板１３２では、異常光線となり位相がＭλ遅れることにより、全体として他方の入射光線１４１に対して１／４波長の位相差が生じることになる。なおλは、１波長を示す。ここで、従来では、各位相差板１３１，１３２の位相差の決定にあたっては、主に製造性（厚さ）のみを考慮しており、全体として１／４波長となるような位相差を生じさせるものであれば、特にどのような構成にするかは問題にはされていない。例えば水晶の場合、２枚の位相差板全体で６００ミクロン以上の厚さで構成するのが一般的である。
【００２０】
このように２枚の位相差板を組み合わせた構成の場合、結果として入射角が小さい（垂直入射に近い）場合は良好に機能するが、斜め入射光線に対しての位相差変動が大きくなるために、消光比の劣化が生じる。それを避けるために入射角を小さい範囲で抑えようとすると使用可能な光量の現象で画面が暗くなるという別の問題が発生する。
【００２１】
位相差板の別材料としては、延伸等で光学異方性を持たせた有機フィルムがある。有機フィルムの場合、水晶に比べ常光線の屈折率ｎｏと異常光線の屈折率ｎｅとの差が小さく、材質によっては６０ミクロン程度で１／４波長の位相差が生じるようになる。この程度の厚さであれば、２枚の組み合わせで製造する必要はなく１枚で作成可能であり、薄い位相差板が実現できている。消光比の劣化は、位相差板の厚さ、ならびに、常光線の屈折率と異常光線の屈折率との差で決まるために、６０ミクロン程度の有機フィルムの性能は１５ミクロン程度の水晶と同等となり良好な性能を持つ。既にプロジェクタ等では、有機フィルムが１／４波長板として使われているが、温度上昇に弱く、長期信頼性の点で問題を持っている。
【００２２】
以上まとめると、反射型液晶パネル１０２とＰＢＳ１０１との間に、理想的な１／４波長板を設置すれば、偏光状態の補正を良好に行うことができる。しかしながら、現実の１／４波長板では、斜めに透過する光線に対しては入射条件により位相差が変化していくので補正が十分に行われなくなり、プロジェクタにおいては、画質に以下の問題を発生させる。
１）補正しきれなかった成分の光が画面に入るため、暗くなるべき場所も十分に暗くならない。
２）それを回避するために斜め入射光を制限すると、使える光量の減少で画面全体が暗くなる。
【００２３】
通常用いられている有機材料系のフィルムは、概略１／４波長の位相差を発生させるのに必要最低限な厚さで作成されており、上記の画質低下を極力回避しているものの、材質の点から温度上昇に弱く、長期信頼性の点で問題がある。一方、より一般的な波長板材料である水晶は、温度上昇に強く、長期信頼性に優れているが、概略１／４波長の位相差を発生させるのに必要最低限な厚さでの作成が困難であるという問題点を持つ。通常の水晶波長板は、２枚の波長板の組み合わせで概略１／４波長差を実現しているため、有機材料系に比べ実効的な厚さが増加し、上記２つの画質劣化が顕著となる問題点を有している。
【００２４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、偏光状態の補正を良好に行い、画質の向上を図ることができるプロジェクタを提供することにある。また、第２の目的は、プロジェクタなどに使用されて、偏光状態の補正を良好に行うことができるようにした位相差板および位相差板の配置方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１ないし第４の観点に係るプロジェクタは、偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、偏光選択面を有し、その偏光選択面において、空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子と、空間変調器と偏光選択素子との間に配置された１／４波長板と、空間変調器によって反射され、偏光選択素子によって選択された光を投射して画像を形成する投射手段とを備え、１／４波長板が、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されているものである。
【００２６】
特に、本発明の第１の観点に係るプロジェクタは、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置されていると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置され、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、（０．７５±０．３）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内となっているものである。
【００２７】
また特に、本発明の第２の観点に係るプロジェクタは、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が基準方向にほぼ平行となるよう配置されていると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置され、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、（０．５±０．４）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．５±０．３）波長の範囲内となっているものである。
【００２８】
また特に、本発明の第３の観点に係るプロジェクタは、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置されていると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置され、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、Ｎを１以上３以下の整数として、（Ｎ±０．２）波長の範囲内となっているものである。
【００２９】
また特に、本発明の第４の観点に係るプロジェクタは、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板が、その遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置されていると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置され、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、０よりも大きく０．６５波長以下の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．７５±０．４）波長の範囲内となっているものである。
【００３０】
本発明の第１ないし第４の観点に係る位相差板の配置方法は、偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器と、偏光選択面を有し、その偏光選択面において、空間変調器に入射させる所定偏光成分の光を選択すると共に、空間変調器によって反射された光のうち所定偏光成分の光を選択して出射する偏光選択素子との間に、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生する位相差板を配置する方法であって、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、偏光選択素子側から順に、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するようにしたものである。
【００３１】
特に、本発明の第１の観点に係る位相差板の配置方法は、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置すると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置し、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、（０．７５±０．３）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内にするようにしたものである。
【００３２】
また特に、本発明の第２の観点に係る位相差板の配置方法は、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置すると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置し、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、（０．５±０．４）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．５±０．３）波長の範囲内にするようにしたものである。
【００３３】
また特に、本発明の第３の観点に係る位相差板の配置方法は、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が基準方向にほぼ直交するように配置すると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置し、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、Ｎを１以上３以下の整数として、（Ｎ±０．２）波長の範囲内にするようにしたものである。
【００３４】
また特に、本発明の第４の観点に係る位相差板の配置方法は、偏光選択面の法線および１／４波長板の法線を含む面と、１／４波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、偏光選択素子側に配置された第１の位相差板を、その遅相軸が基準方向にほぼ平行となるよう配置すると共に、１／４波長板全体の遅相軸が基準方向にほぼ平行となるように配置し、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、０よりも大きく０．６５波長以下の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．７５±０．４）波長の範囲内にするようにしたものである。
【００３５】
本発明による位相差板は、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成された位相差板であって、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、０より大きく３／４波長以下か、または１以上３／２波長以下の範囲内となっているものである。
【００３６】
なお、本発明の各観点に係るプロジェクタならびに位相差板の配置方法および位相差板において、第１および第２の位相差板は、それぞれ単板で構成されていても良いし、それぞれが複数枚に分割された構成であっても良い。
【００３７】
本発明の第１ないし第４の観点に係るプロジェクタならびに位相差板の配置方法では、反射型の空間変調器と偏光選択素子との間に配置された１／４波長板によって、反射型の空間変調器と偏光選択素子との間を往復する光線に対して、偏光状態の補正がなされる。１／４波長板が、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板の組み合わせになっていると共に、それら２枚の位相差板で発生される位相差が、その配置状態に応じた適切な位相差量に設定されているので、１／４波長板を２枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正が良好に行われる。
【００３８】
本発明による位相差板では、例えばプロジェクタなどで、反射型の空間変調器と偏光選択素子との間に配置されて使用される場合において、その偏光状態の補正に関して高い改善効果を容易に得ることができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
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。
【００４０】
図１は、本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの構成例を示している。このプロジェクタは、赤、青および緑の各色用の反射型の空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを３枚用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式の反射型プロジェクタである。
【００４１】
このプロジェクタは、光軸１０に沿って、光源１１と、インテグレータ１２と、ダイクロイックミラー１３とを備えている。光源１１は、カラー画像表示に必要とされる、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｇ）および緑色光（Ｂ）を含んだ白色光を発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどにより構成されている。インテグレータ１２は、ＰＳコンバータなどを含み、光源１１からの光の均一化や効率的な利用を図るために設けられている。ダイクロイックミラー１３は、白色光を、青色光Ｂとその他の色光Ｒ，Ｇとに分離する機能を有している。
【００４２】
このプロジェクタは、また、ダイクロイックミラー１３によって分離された赤色光Ｒおよび緑色光Ｇの光路上において、光の進む順に、プリＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１４と、集光レンズ１６と、ダイクロイックミラー１８とを備えている。このプロジェクタは、また、ダイクロイックミラー１３によって分離された青色光Ｂの光路上において、光の進む順に、プリＰＢＳ１５と、集光レンズ１７とを備えている。プリＰＢＳ１４，１５は、入射光のうち所定偏光成分の光を選択的に反射する機能を有している。ダイクロイックミラー１８は、プリＰＢＳ１４および集光レンズ１６を経て入射された赤色光Ｒと緑色光Ｇとを分離する機能を有している。
【００４３】
このプロジェクタにおいて、赤色光Ｒ、緑色光Ｇおよび青色光Ｂの各光路上には、光の入射側から順に、集光レンズ１９Ｒ，１９Ｇ，１９Ｂと、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと、１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂと、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとが設けられている。ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、本発明における「偏光選択素子」の一具体例に対応する。
【００４４】
空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、反射型液晶パネルなどにより構成されている。空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂには、それぞれＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの偏光選択面によって選択された所定の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の色光が入射されるようになっている。空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは、偏光状態の制御により入射光に変調を施し、その変調光をＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに向けて反射するようになっている。
【００４５】
ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、それぞれ偏光選択面を有し、その偏光選択面において、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに入射させる所定偏光成分（Ｓ偏光成分）の光を選択（反射）すると共に、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂによって反射された光のうち、所定偏光成分（Ｐ偏光成分）の光を、画像表示用の光として選択（透過）して出射する機能を有している。なお、図１の例では、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおいて、Ｓ偏光成分の光を反射して空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂへの入射光とし、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからの戻り光のうち、Ｐ偏光成分の光を出射光として透過するような光学配置としてあるが、これとは逆に、Ｐ偏光の入射光を空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂの正面側から入射させ、その戻り光のうち、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにおいて反射により選択されたＳ偏光成分の光線を、画像表示用の光とするような配置とすることも可能である。
【００４６】
１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂと空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとの間で、偏光状態の補正を行うためのものであり、互いに直交する偏光成分の光に対してほぼ１／４波長の位相差を発生させるようになっている。１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、本実施の形態において最も特徴的な構成を有する部分であり、その詳細は後述する。
【００４７】
このプロジェクタは、また、クロスダイクロイックプリズム２４と、投影レンズ２５と、スクリーン２６とを備えている。クロスダイクロイックプリズム２４は、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂによって選択された所定偏光成分の各色光を合成して出射する機能を有している。このクロスダイクロイックプリズム２４は、３つの入射面と１つの出射面とを有している。クロスダイクロイックプリズム２４における光の入射面と、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂにおける光の出射面との間には、それらの光学素子の温度変化等による応力歪みを防止するために、スペーサ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが設けられている。
【００４８】
投影レンズ２５は、クロスダイクロイックプリズム２４の出射面側に配置されている。この投影レンズ２５は、クロスダイクロイックプリズム２４から出射された合成光を、スクリーン２６に向けて投射する機能を有している。投影レンズ２５は、本発明における「投射手段」の一具体例に対応する。
【００４９】
図２は、１／４波長板２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）の構成を、ＰＢＳ２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）および空間変調器２１（２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）に対する光学的な位置関係と共に示している。なお、これら各光学素子の構成は、実質的に各色で同じであるから、以下では、特に必要とされる場合を除いて各色の区別なく、まとめて説明する。
【００５０】
１／４波長板２２は、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板４１，４２を有している。第１および第２の位相差板４１，４２は、ＰＢＳ２０側から順に、互いの遅相軸ｄ１，ｄ２がほぼ直交するように組み合わせて配置されることにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成されている。第１および第２の位相差板４１，４２は、水晶などの光学異方性を持つ結晶や、延伸等で光学異方性を持たせた有機フィルムなどで構成されている。なお、第１および第２の位相差板４１，４２は、それぞれ単板で構成されていても良いし、それぞれが複数枚に分割された構成であっても良い。
【００５１】
このように１／４波長板２２を２枚の位相差板４１，４２を組み合わせて使用し、ＰＢＳ２０と空間変調器２１との間に設置する場合、以下で説明するように４通りの使い方（配置状態）が存在する。
【００５２】
ここで、図２に示したように、ＰＢＳ２０における偏光選択面３１の法線ｎ１と１／４波長板２２の法線とを含む面５０と、１／４波長板２２の板面との交線方向を基準方向５１と定義する。この基準方向５１は、一般的に光軸１０に平行となる光線に対してのＰ偏光方向と一致する。
【００５３】
このように基準方向５１を定義したとき、第１および第２の位相差板４１，４２を組み合わせた全体の遅相軸の方向は、基準方向５１にほぼ平行な場合とほぼ垂直な場合との２通り考えられる。また、ＰＢＳ２０側に配置された第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１についても同様に、基準方向５１にほぼ平行な場合とほぼ垂直な場合との２通り考えられる。これらはそれぞれ独立に選べるので、第１および第２の位相差板４１，４２の組み合わせは、合計４通りとなる。
【００５４】
これらの組み合わせ方は、第１および第２の位相差板４１，４２が水晶のような１軸性の結晶であるか、有機フィルムであるかにかかわらず同等で区別する必要はない。なお、図２は、第１および第２の位相差板４１，４２が同一の材料で構成されているものとすると、１／４波長板２２全体の遅相軸と第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１とが共に、基準方向５１にほぼ直交している場合である。
【００５５】
図３〜図６は、第１および第２の位相差板４１，４２の４通りの組み合わせ方を示している。まず、図３は、１／４波長板２２の全体の遅相軸が基準方向５１にほぼ直交し、第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１も基準方向５１にほぼ直交している場合を示している。以下、この図３に示した第１の配置状態を「状態Ｓｓ」と表記する。表記の意味は、基準方向５１がＰ偏光方向、それに直交する方向がＳ偏光方向に対応するものと考え、Ｐ，Ｓの記号を用いて、前側の表記（ＳｓのＳ）が、全体の遅相軸の方向を示し、後側の表記（Ｓｓのｓ）が、第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１の方向を示している。この表記方法は、以下の他の組み合わせの場合にも同様である。
【００５６】
図４は、１／４波長板２２の全体の遅相軸が基準方向５１にほぼ直交し、第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１が基準方向５１にほぼ平行となっている場合を示している。以下、この第２の配置状態を「状態Ｓｐ」と表記する。
【００５７】
図５は、１／４波長板２２の全体の遅相軸が基準方向５１にほぼ平行で、第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１が基準方向５１にほぼ直交している場合を示している。以下、この第３の配置状態を「状態Ｐｓ」と表記する。
【００５８】
図６は、１／４波長板２２の全体の遅相軸が基準方向５１にほぼ平行で、第１の位相差板４１の遅相軸ｄ１も基準方向５１にほぼ平行となっている場合を示している。以下、この第４の配置状態を「状態Ｐｐ」と表記する。
【００５９】
ところで、１／４波長板２２を設計するにあたっては、２枚の位相差板４１，４２の位相差をそれぞれどのような値に設定するかを決めなければならない。従来では、全体としてほぼ１／４波長の位相差となるものであれば、各位相差板４１，４２の位相差がどのような値であるかは問題にされていなかった。しかしながら、実際には、後述するように、各位相差板４１，４２の位相差の違いによりプロジェクタにおける消光比に差が生ずることが分かった。また良好な消光比にするための条件は、図３〜図６の各配置状態のそれぞれで異なることが分かった。本実施の形態では、図３〜図６の各状態のそれぞれについて、各位相差板４１，４２の位相差が、偏光状態の補正を良好に行い、プロジェクタとしての画質の向上を図ることができるような適切な値に設定されている。具体的にどのような位相差を持たせるべきかについては後に詳述する。
【００６０】
次に、以上のように構成されたプロジェクタの動作を説明する。
【００６１】
このプロジェクタにおいて、光源１１から出射された白色光は、インテグレータ１２を介してダイクロイックミラー１３に入射される。ダイクロイックミラー１３は、入射した白色光を青色光Ｂとその他の色光Ｒ，Ｇとに分離する。青色光Ｂは、プリＰＢＳ１５、集光レンズ１７、および集光レンズ１９Ｂを経て、ＰＢＳ２０Ｂに入射される。赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、プリＰＢＳ１４および集光レンズ１６を経て、ダイクロイックミラー１８に入射され、そこで分離される。分離された赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、それぞれ集光レンズ１９Ｒ，１９Ｇを経て、ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇに入射される。
【００６２】
ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに入射された光は、その偏光選択面において、Ｓ偏光成分の光だけが選択（反射）され、１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを介して空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに到達する。到達した光は、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが偏光状態に対して影響を与えない状態（オフ状態）である場合には、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１ＢにおいてＳ偏光のまま反射されることにより、１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを介してＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに戻り、その偏光選択面において、入射時とは逆方向にＳ偏光成分の光として反射され、光源側に戻る。
【００６３】
一方、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂが偏光状態に対して影響を与える状態（オン状態）では、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂからの反射光の一部またはすべてがＰ偏光成分の光に変換されて、１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを介してＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂに戻り、その偏光選択面を透過する。
【００６４】
ここで、本実施の形態においては、１／４波長板２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの構成およびその光学的な配置状態が、後述するように空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１ＢとＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとの間で、偏光状態の補正を行うのに適切なものとなっているので、従来に比べ消光比の劣化を防止し、画質の向上が図られる。
【００６５】
ＰＢＳ２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂを透過したＰ偏光成分の各色光は、クロスダイクロイックプリズム２４において合成され、投影レンズ２５に入射される。投影レンズ２５は、合成光をスクリーン２６に向けて投射する。これにより、スクリーン２６上に画像が形成される。階調表現については、空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂにおける偏光状態の変化量によって制御が行われる。
【００６６】
次に、１／４波長板２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）を構成する各位相差板４１，４２にどのような位相差を設定すれば良いか説明する。
【００６７】
図８は、空間変調器２１がオフ状態である場合における、以下の計算モデル条件下でのシミュレーション結果を示している。このシミュレーションは、図７に示した光学系配置で、ＰＢＳ２０をＳ偏光成分の透過率が０％、Ｐ偏光成分の透過率が１００％の理想的なＰＢＳとし、空間変調器２１を全反射ミラー、１／４波長板２２を水晶の位相差板でモデル化して計算したものである。入射光は無偏光、波長は１／４波長板２２の設計波長と等しいと仮定している。１／４波長板２２は、図３に示した第１の配置状態Ｓｓであるものとしている。
【００６８】
図８のグラフにおいて、横軸は、第１および第２の位相差板４１，４２を１／４波長板となるように組み合わせた状態での全体の厚さ、縦軸はコントラスト（消光比（＝入射光／出射光））を示している。図８では、光軸に対し、４，６，８，１０度の入射角度を持つ光線の消光比をそれぞれグラフ化している。各曲線の左端は、１／４波長板２２を単板で構成した場合に相当する。この場合の厚さは、約１５ミクロンである。
【００６９】
図８のグラフから分かるように、各入射角度の光線について、波長板の厚さが増すにつれて消光比が低下するという原則的な傾向はあるものの、周期構造も存在し、周期的に消光比にピーク値が現れている。その結果、１／４波長板２２を単板で構成した場合（グラフの左端の部分）よりも、優れた消光比を持つ厚さが存在している。最初のピークは１波長（λ）と３／４波長という位相差を組み合わせた厚さで、次が２波長と７／４波長の位相差の組み合わせである。すなわち、ＰＢＳ２０側の第１の位相差板４１を１波長板、空間変調器２１側の第２の位相差板４２を３／４波長板とした場合が最も高いピーク値を示し、次に、第１の位相差板４１を２波長板、位相差板４２を７／４波長板とした場合が高いピーク値を示している。
【００７０】
光軸に対する入射角度が４度の光線の場合、５波長と１９／４（＝５−１／４）波長の位相差の組み合わせ程度の厚さまで、８度の光線の場合でも２波長と７／４（＝２−１／４）波長の位相差の組み合わせの状態までは、単板の場合と同等かそれ以上の性能を持っている。１／４波長板２２を単板で構成したときの性能は、材質が水晶でも有機フィルムでも同等なので、これらのピーク値での位相差板の組み合わせであれば、組み合わせ方式の水晶位相差板においても現行の有機フィルムによる位相差板以上の性能のものが作り得ることになる。
【００７１】
図９のグラフは、１／４波長板２２として有機フィルムを使用した場合のシミュレーション結果を示している。計算条件は、図８の水晶の位相差板をモデルとした場合と同様である。図９は、光線の波長を１／４波長板２２の設計波長と同一とした場合のグラフであるが、光線の波長を設計波長よりも２４ｎｍ長波長側にした場合のシミュレーション結果についても、図１０に示す。
【００７２】
図９のグラフから分かるように、有機フィルムの場合でも位相差の組み合わせ方によって性能向上が実現できている。また、図１０のグラフから分かるように、設計波長と異なる波長のため平均値が低下する場合であっても性能の極大となる厚さに変化がないことが示されている。後者は実用上重要な事実で、設計波長によって好ましい位相差の組み合わせを決定したとしても、設計波長以外の光線に対しても性能改善の効果を持つことを示している。
【００７３】
図８〜図１０までのグラフは、横軸を１／４波長板２２の実際の厚さに取っていたが、材料の違いによる見かけの差を解消するため、図１２に、一定の位相差を発生するのに必要な厚さを基準として表現したグラフを示す。このグラフでは、１／４波長板２２を構成する２枚の位相差板４１，４２のうち、薄い方（位相差量の絶対値の小さい方）の位相差板で生じる位相差量を横軸に取っている。このグラフは状態Ｓｓの場合のシミュレーション結果であるから、横軸は空間変調器２１側の第２の位相差板４２の位相差量を示している。なお、１／４波長板２２全体の位相差は１／４波長であるから、薄い方の位相差板の位相差が決定されれば、厚い方（位相差量の絶対値の大きい方）の位相差板の位相差は一義的に決定される。
【００７４】
図１１（Ａ）〜（Ｅ）は、以上の結果に基づく、第１および第２の位相差板４１，４２の好ましい組み合わせ方を示している。単独で１波長の位相差を発生させる位相差板を１波長板と略記している。その他の表記も同様である。実際には、厳密に図１１（Ａ）〜（Ｅ）に示した組み合わせではなく、それぞれの組み合わせから少しずれた位相差の組み合わせであっても、十分な性能を有している。図１２のグラフからも分かるように、薄い方の位相差板に関して、最初のピーク値は３／４（＝０．７５）波長のときであるが、このピーク値は他のピーク値に比べて高いので、位相差に±０．３波長程度の余裕を持たせることができる。また、７／４波長、１１／４波長、１５／４波長、および１９／４波長のときには、位相差に±０．２波長程度の余裕を持たせることができる。まとめると、薄い方の位相差板で発生させる位相差が、（０．７５±０．３）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内程度であれば、１／４波長板２２を単板で構成した場合（図１２で位相差が０の場合）よりも同等かそれ以上の性能が得られる。
【００７５】
ここまでの説明は１／４波長板２２の配置条件が第１の配置状態Ｓｓ（図３）の場合についてであるが、次に、他の３つの配置状態についてのシミュレーション結果を、図１３〜図１５に示す。図１２に示したグラフと同様、横軸を位相差量としてあるので、位相差板の材料が水晶のような結晶か、有機フィルムかによらなくなる。
【００７６】
図１３は、第２の配置状態Ｓｐ（図４）の場合の計算結果を示している。この場合、横軸はＰＢＳ２０側の第１の位相差板４１の位相差量に相当する。この状態Ｓｐでは、最初のピークが、薄い方を１／２波長、厚い方を３／４波長という位相差の組み合わせにした場合に現れている。５つ目のピークまでは、１／４波長板２２を単板にした場合よりも同等かそれ以上の性能が得られている。
【００７７】
図１４は、第３の配置状態Ｐｓ（図５）の場合の計算結果を示している。この場合、横軸はＰＢＳ２０側の第１の位相差板４１の位相差量に相当する。この状態Ｐｓでは、最初のピークが、薄い方を１波長、厚い方を５／４波長という位相差の組み合わせにした場合に現れている。３つ目のピークまでは、１／４波長板２２を単板にした場合とほぼ同程度の性能が得られている。
【００７８】
図１５は、第４の配置状態Ｐｐ（図６）の場合の計算結果を示している。この場合、横軸は空間変調器２１側の第２の位相差板４２の位相差量に相当する。この状態Ｐｐでは、最初のピークが、薄い方を１／４波長、厚い方を１／２波長という位相差の組み合わせにした場合に現れている。５つ目のピークまでは、１／４波長板２２を単板にした場合よりも同等かそれ以上の性能が得られている。特に、最初のピークは、著しく高い性能が得られている。
【００７９】
図１２〜図１５で得られた結果から、各状態を総合的に考察すると、状態Ｐｓ以外の使い方では、２枚の位相差板４１，４２を組み合わせた場合の最初のピークは単板（薄い方の位相差板での位相差量０）に比べて十分に高くなっており、実際の作成時の許容公差も大きくとれる。２つ目以降のピークは最初のピークに比べて低くなり、許容公差は小さくなるが、おおむね５つ目のピークまでは、単板より良い結果となり、従来よりも改善効果が期待できる。
【００８０】
図１６に、各配置状態の特徴と、それぞれについての好ましい位相差量をまとめて示す。位相差量は、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板についての値を示すが、全体の位相差が１／４波長であるから、大きい方の位相差板の位相差は、一義的に決定される。
【００８１】
図１６に示したように、状態Ｓｓの場合には、第２の位相差板４２で発生する位相差量が、（０．７５±０．３）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．２５±０．２）波長の範囲内となっていることが好ましい。
【００８２】
状態Ｓｐの場合には、第１の位相差板４１で発生する位相差量が、（０．５±０．４）波長の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．５±０．３）波長の範囲内となっていることが好ましい。
【００８３】
状態Ｐｓの場合には、第１の位相差板４１で発生する位相差量が、Ｎを１以上３以下の整数として、（Ｎ±０．２）波長の範囲内となっていることが好ましい。
【００８４】
状態Ｐｐの場合には、第２の位相差板４２で発生する位相差量が、０よりも大きく０．６５波長以下の範囲内か、または、Ｎを２以上５以下の整数として、（Ｎ−０．７５±０．４）波長の範囲内となっていることが好ましい。
【００８５】
結果的に各配置状態のうち、状態Ｐｐが最も優れていると言えるが、４種類の状態を総合すると、薄い方の位相差板で発生する位相差量が０を超えて３／４波長までと、１波長以上３／２波長程度までは何らかの方式を選択することにより状態Ｐｐでの単板よりも良い性能を出すことが可能である。すなわち、図１３および図１５のグラフに示した位相差の範囲Ａ，Ｂ，Ｃでは、特に高い性能が得られており、これらを総合すると、０を超えて３／４波長まで（範囲Ａ，Ｂ）と、１波長以上３／２波長（範囲Ｃ）までが、特に好ましい範囲となる。この範囲での１／４波長板は、配置について制約がない場合には最も優れた性能を発揮する。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＰＢＳ２０と空間変調器２１との間に配置されて偏光状態の補正を行う１／４波長板２２を、２枚の位相差板４１，４２で構成し、その配置状態に応じた適切な位相差を設定して組み合わせるようにしたので、１／４波長板２２を２枚の位相差板４１，４２で構成したにもかかわらず、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正を良好に行い、プロジェクタにおける画質の向上を図ることができる。この場合、従来の光学系に何ら変更を加えることなく、特にコントラストの向上を実現できる。この性能改善の効果は入射角度がある場合においても有効であるから、例えば空間変調器２１に入射する光束の角度を広げれば、各光学素子の形状の変更（主に大きさ）は要するものの、光源１１および空間変調器２１に従来と同じものを使用したとしても輝度の向上を実現できる。
【００８７】
なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態では、プロジェクタの構成例として、３原色に対応して３つの空間変調器２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを使用する場合について説明したが、空間変調器を１つのみ使用し、時分割で３原色の表示制御を行うような構成であっても構わない。また、上記実施の形態では、１／４波長板２２をプロジェクタに適用した場合を例に挙げたが、上記した各位相差板４１，４２の位相差の最適化の手法は、１／４波長板２２を用いて偏光状態の補正を行うような他の装置にも適用され得る。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプロジェクタによれば、反射型の空間変調器と偏光選択素子との間に配置される１／４波長板を、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板の組み合わせにすると共に、それら２枚の位相差板で発生させる位相差を、その配置状態に応じた適切な位相差量に設定して組み合わせるようにしたので、１／４波長板を２枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正を良好に行い、画質の向上を図ることができる。
【００８９】
また、請求項５ないし８のいずれか１項に記載の位相差板の配置方法によれば、反射型の空間変調器と偏光選択素子との間に配置される１／４波長板を、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板の組み合わせにすると共に、それら２枚の位相差板で発生させる位相差を、その配置状態に応じた適切な位相差量に設定して組み合わせるようにしたので、１／４波長板を２枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、プロジェクタなどに使用した場合において、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正を良好に行うことができる。
【００９０】
また、請求項９記載の位相差板によれば、異なる位相差量を発生する第１および第２の位相差板を、互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、全体としてほぼ１／４波長の位相差量を発生するように構成し、第１および第２の位相差板のうち、位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、０より大きく３／４波長以下か、または１以上３／２波長以下の範囲内となるようにしたので、１／４波長板を２枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、プロジェクタなどに使用された場合において、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの構成例を示す図である。
【図２】１／４波長板の構成を、ＰＢＳおよび空間変調器に対する光学的な位置関係と共に示す構成図である。
【図３】１／４波長板の第１の配置状態を示す説明図である。
【図４】１／４波長板の第２の配置状態を示す説明図である。
【図５】１／４波長板の第３の配置状態を示す説明図である。
【図６】１／４波長板の第４の配置状態を示す説明図である。
【図７】１／４波長板の性能のシミュレーションに用いた光学系モデルを示す説明図である。
【図８】第１の配置状態において、１／４波長板の材料を水晶とした場合におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】第１の配置状態において、１／４波長板の材料を有機フィルムとした場合におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】第１の配置状態において、１／４波長板の材料を有機フィルムとし、光線の波長を設計波長よりも長波長側にした場合におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】第１の配置状態における、第１および第２の位相差板の好ましい組み合わせ方を示す説明図である。
【図１２】第１の配置状態におけるシミュレーション結果を、薄い方の位相差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
【図１３】第２の配置状態におけるシミュレーション結果を、薄い方の位相差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
【図１４】第３の配置状態におけるシミュレーション結果を、薄い方の位相差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
【図１５】第４の配置状態におけるシミュレーション結果を、薄い方の位相差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
【図１６】各配置状態の特徴と、それぞれについての好ましい位相差量をまとめて示した図である。
【図１７】反射型のプロジェクタにおける、光の変調制御を行う部分の概略構造を示す説明図である。
【図１８】光の入射時と出射時とにおける偏光選択面の理想的な位置関係を示す説明図である。
【図１９】光の入射時と出射時とにおける偏光選択面の現実の位置関係を示す説明図である。
【図２０】１／４波長板を用いた場合における偏光選択面の位置関係を示す説明図である。
【図２１】一般的な位相差板の構成を示す説明図である。
【図２２】２枚で構成される位相差板についての説明図である。
【符号の説明】
ｄ１，ｄ２…遅相軸、１１…光源、２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）、２１（２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ）…空間変調器、２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）…１／４波長板、２５…投影レンズ、４１…第１の位相差板、４２…第２の位相差板、３１…偏光選択面、５１…基準方向。
【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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【図１６】
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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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