(57)【要約】【課題】比較的安価なライトバルブで構成することができ、プロジェクタの調整も比較的容易なプロジェクタを提供すること。【解決手段】Ｒ光やＢ光に対する液晶パネル４１ａ，４１ｃの位相に関する変調特性と、Ｇ光に対する液晶パネル４１ｂの位相に関する変調特性との差を補償するために、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３に第１及び第２変調補償板４９ａ，４９ｃを設けているので、各色の液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの駆動電圧を相互に調整することなく、第１光路でＯＰ１のＲ光に対する位相変調量と、第２光路ＯＰ２でのＧ光に対する位相変調量と、第３光路ＯＰ３でのＢ光に対する位相変調量とを一致させることができる。これにより、互いに等しい変調特性を有する同一仕様の液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃでプロジェクタ１００を構成することができる。【選択図】図１
2009204645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用の光束を射出する光源と、
前記光源からの光束の偏光方向を所定方向に揃える偏光変換装置と、
前記偏光変換装置を経た光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、
前記色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部と、
前記光変調部から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系と、を備え、
前記光変調部は、前記色分離導光光学系で分離された第１色用の第１光路に配置される第１液晶パネルと、前記色分離導光光学系で分離された第２色用の第２光路に配置されるとともに前記第１液晶パネルと等しい変調特性を有する第２液晶パネルと、前記第１光路と前記第２光路とのうち少なくとも前記第２光路に配置されるとともに前記第１色に対する前記第１液晶パネルの位相に関する変調特性と前記第２色に対する第２液晶パネルの位相に関する変調特性との差を補償する変調補償板とを有する、
プロジェクタ。
【請求項２】
前記第１色の波長は、前記第２色の波長に比較して短い、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記光変調部は、前記色分離導光光学系で分離された第３色用の第３光路に配置されるとともに前記第１液晶パネルと等価な変調特性を有する第３液晶パネルと、前記第３光路に配置されるとともに前記第１色に対する前記第１液晶パネルの位相に関する変調特性と前記第３色に対する第３液晶パネルの位相に関する変調特性との差を補償する変調補償板とをさらに有する、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記色分離導光光学系は、前記第１光路と前記第２光路とのうちいずれか一方に配置されるとともに前記第１色と前記第２色とに対する前記偏光変換装置の変換特性差を補償する変換補償板を有する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
照明用の光束を射出する光源と、
前記光源からの光束の偏光方向を所定方向に揃える偏光変換装置と、
前記偏光変換装置を経た光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、
前記色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部と、
前記光変調部から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、
前記光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系と、を備え、
前記色分離導光光学系は、分離された第１色用の第１光路と第２色用の第２光路とのうち少なくとも前記第２光路に配置されるとともに前記第１色と前記第２色とに対する前記偏光変換装置の変換特性差を補償する変換補償板を有する、
プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル等の光変調装置によって形成した画像をスクリーン上に投射するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタとして、液晶装置を用いた各色のライトバルブを備え、各色のライトバルブに入射してくる光の主波長に合わせて、液晶材料の屈折率異方性や基板間の距離を変えることによってライトバルブの変調特性を合わせたものが存在する（特許文献１参照）。このようなプロジェクタでは、各色のライトバルブ間で各色光に対する透過率と駆動電圧とを等しくしているので、カラー画像の中間調における色再現性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２０００−３４６１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のようなプロジェクタでは、各色のライトバルブの各色光に対する変調特性を一致させる必要があるので、プロジェクタを構成するライトバルブを個別に設計する必要があり、ライトバルブが比較的高価になりプロジェクタの調整も比較的困難なものとなる。
【０００４】
そこで、本発明は、比較的安価なライトバルブで構成することができ、プロジェクタの調整も比較的容易なプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１のプロジェクタは、（ａ）照明用の光束を射出する光源と、（ｂ）光源からの光束の偏光方向を所定方向に揃える偏光変換装置と、（ｃ）偏光変換装置を経た光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、（ｄ）色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部と、（ｅ）光変調部から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、（ｆ）光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系とを備える。ここで、（ｄ）光変調部は、（ｄ１）色分離導光光学系で分離された第１色用の第１光路に配置される第１液晶パネルと、（ｄ２）色分離導光光学系で分離された第２色用の第２光路に配置されるとともに第１液晶パネルと等しい変調特性を有する第２液晶パネルと、（ｄ３）第１光路と第２光路とのうち少なくとも第２光路に配置されるとともに第１色に対する第１液晶パネルの位相に関する変調特性と第２色に対する第２液晶パネルの位相に関する変調特性との差を補償する変調補償板とを有する。
【０００６】
上記プロジェクタでは、光変調部が、第１色に対する第１液晶パネルの位相に関する変調特性と第２色に対する第２液晶パネルの位相に関する変調特性との差を補償する変調補償板を第２光路等に有するので、第１液晶パネル及び第２液晶パネルの両変調特性を相互に調整することなく、或いは第１液晶パネル及び第２液晶パネルの駆動電圧を相互に調整することなく、第１光路での第１色の光束に対する位相変調量と、第２光路での第２色の光束に対する位相変調量とを一致させることができる。これにより、互いに等しい変調特性を有する同一仕様の液晶パネルを各色用に用いるプロジェクタにおいて、いずれかの色光の抑制を前提としないで各色の変調割合の調整が可能になり、高輝度のプロジェクタを安価に提供することができる。なお、以上において、変調補償板は、通常、第１色の光束に対する第１液晶パネルの最大位相変調量と、第２色の光束に対する第２液晶パネルの最大位相変調量とを一致させる。これにより、各色の光束が最大となる最大光量の像光を簡易に投射することができる。
【０００７】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクタにおいて、第１色の波長が、第２色の波長に比較して短い。この場合、第２色の波長で相対的に不足する位相変調量を変調補償板によって補償することになる。
【０００８】
本発明の別の態様によれば、光変調部が、色分離導光光学系で分離された第３色用の第３光路に配置されるとともに第１液晶パネルと等価な変調特性を有する第３液晶パネルと、第３光路に配置されるとともに第１色に対する第１液晶パネルの位相に関する変調特性と第３色に対する第３液晶パネルの位相に関する変調特性との差を補償する変調補償板とをさらに有する。この場合、第１〜第３色の光束に対する位相変調量を一致させることができ、高輝度のカラー画像を投射可能なプロジェクタを安価に提供することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様によれば、色分離導光光学系が、第１光路と第２光路とのうちいずれか一方に配置されるとともに第１色と第２色とに対する偏光変換装置の変換特性差を補償する変換補償板を有する。この場合、第１液晶パネルや第２液晶パネルの前段に設けた偏光フィルタ等での光量損失を低減して、投射光の輝度を簡易に高めることができる。
【００１０】
発明に係る第２のプロジェクタは、（ａ）照明用の光束を射出する光源と、（ｂ）光源からの光束の偏光方向を所定方向に揃える偏光変換装置と、（ｃ）偏光変換装置を経た光束を各色の光束に分離する色分離導光光学系と、（ｄ）色分離導光光学系から射出された各色の光束を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部と、（ｅ）光変調部から射出された各色の変調光を合成する光合成光学系と、（ｆ）光合成光学系を経て合成された画像光を投射する投射光学系とを備える。ここで、（ｃ）色分離導光光学系は、（ｃ１）分離された第１色用の第１光路と第２色用の第２光路とのうち少なくとも第２光路に配置されるとともに第１色と第２色とに対する偏光変換装置の変換特性差を補償する変換補償板を有する。
【００１１】
上記プロジェクタでは、色分離導光光学系が、第１色と第２色とに対する偏光変換装置の位相に関する変換特性差を補償する変換補償板を第２光路等に有するので、第１液晶パネルや第２液晶パネルの前段に設けた偏光フィルタ等に入射する照明光の偏光方向が互いにずれて光量損失が発生することを抑えることができ、投射光の輝度を簡易に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係る第１実施形態のプロジェクタの光学系の構造を概念的に説明する平面図である。このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器であり、光源装置１０と、均一化光学系２０と、色分離導光光学系３０と、光変調部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。ここで、光変調部４０は、異なる色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。
【００１３】
上記プロジェクタ１００において、光源装置１０は、照明用の光源として、放電発光型の発光管１１と、楕円型の主反射鏡であるリフレクタ１２と、球面型の副反射鏡である副鏡１３と、コリメート用の平行化レンズ１４とを備える。発光管１１から周囲に放射された光束は、楕円ミラーのリフレクタ１２で反射され、或いは副鏡１３での反射を経てリフレクタ１２でさらに反射されて収束光束とされた後、平行化レンズ１４によって平行光束とされて、前方側すなわち均一化光学系２０の第１レンズアレイ２３に入射する。なお、上述した楕円面型のリフレクタ１２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ１２の後段に平行化レンズ１４等を設けなくとも、光源装置１０から平行光束を射出させることが可能となる。
【００１４】
均一化光学系２０は、均一化された照度の照明光を光変調部４０等に供給するためのものであり、光源装置１０から射出された光束を適当な状態に分割する第１及び第２レンズアレイ２３，２４と、両レンズアレイ２３，２４を経た複数の光束を重畳させる重畳レンズ２５と、重畳レンズ２５に入射する光束の偏光方向を揃える偏光変換素子２７とを備える。この均一化光学系２０において、第１及び第２レンズアレイ２３，２４は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズ２３ａ，２４ａからなる。このうち、第１レンズアレイ２３を構成する要素レンズ２３ａによって平行化レンズ１４を経た光束を分割し、第２レンズアレイ２４を構成する要素レンズ２４ａによって第１レンズアレイ２３からの分割光束を適当な発散角にして射出させる。重畳レンズ２５は、第２レンズアレイ２４から射出され偏光変換素子２７を経た照明光を全体として適宜収束させて、後段の光変調部４０に設けた液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域すなわち表示領域に対する重畳照明を可能にする。偏光変換素子２７は、ＰＢＳアレイで形成された偏光変換装置であり、第１レンズアレイ２３により分割され第２レンズアレイ２４を経た各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。この偏光変換素子２７は、例えば同様の構造をそれぞれ有しＹ方向にそれぞれ延びる４つのプリズム要素２７ａをＸ方向に配列した構造を有するプリズムアレイである。
【００１５】
図２は、偏光変換素子２７を構成する１つのプリズム要素２７ａの構造を説明する図である。各プリズム要素２７ａは、平行四辺形の断面を有するプリズム８１と、直角三角形の断面を有するプリズム８８，８９とを接合したものである。各プリズム要素２７ａは、プリズム８１側面のうち斜面を利用してシステム光軸ＯＡに対して傾斜した状態で配置される偏光分離膜８３と、プリズム８１を挟んで偏光分離膜８３に対向して配置される反射膜８４と、プリズム８８のうちシステム光軸ＯＡに対して垂直な射出側の面８８ａに固定される位相差板８５と、プリズム８９のうちシステム光軸ＯＡに対して垂直な入射側の面８９ａに固定されるマスク８６とを備える。
【００１６】
このプリズム要素２７ａにおいて、プリズム８１に入射した入射光ＩＬは、偏光分離膜８３により、反射される側の一方の偏光である第１光線ＰＬ１と、通過する側の他方の偏光である第２光線ＰＬ２とに分岐される。この際、不要な光がマスク８６により遮断される。反射により分岐された第１光線ＰＬ１は、再度反射膜８４で反射され、長方形の出口である射出面８１ｂからＳ偏光として射出される。一方、偏光分離膜８３を透過した第２光線ＰＬ２は、Ｐ偏光として射出面８８ａから射出されるが、位相差板８５により特定方向の位相が変化し、Ｓ偏光として射出される。以上により、プリズム要素２７ａすなわち偏光変換素子２７に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光方向がＳ偏光に揃えられた照明として射出される。
【００１７】
図１に戻って、色分離導光光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂと、反射ミラー３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、第１及び第２変換補償板３８ａ，３８ｃとを備え、均一化光学系２０から出射した照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ光を反射しＧ光及びＢ光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。この色分離導光光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されて第２光路ＯＰ２に導かれるＲ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ａに入射し、偏光変換素子２７の変換特性差を補償するための第１変換補償板３８ａを通過する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されて第１光路ＯＰ１に導かれるＧ光は、入射角調節用のフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過して第３光路ＯＰ３に導かれるＢ光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ，３２ｃを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ｃに入射し、偏光変換素子２７の変換特性差を補償するための第２変換補償板３８ｃを通過する。
【００１８】
図３（Ａ）は、第１変換補償板３８ａの機能を概念的に説明する図である。第１変換補償板３８ａは、例えば正の一軸性の光学結晶である位相差板で形成される。この場合、第１変換補償板３８ａの光学軸ＡＸ１１は、システム光軸ＯＡ（図１参照）に垂直で上下のＹ方向に対して例えば時計方向に４５°だけ回転した状態に設定されている。この第１変換補償板３８ａに、Ｒ光としてＹ方向に長軸を有し僅かに楕円化した楕円偏光ＰＬ１１を入射させると、第１変換補償板３８ａからは、Ｙ方向に延びる直線偏光ＰＬ１２が射出される。なお、図示を省略するが、変換補償板を設けていない液晶ライトバルブ４０ｂに入射するＧ光の場合、Ｙ方向に偏光方向を有する直線のＳ偏光となっており楕円化していない。
【００１９】
ここで、第１変換補償板３８ａに僅かに楕円化した楕円偏光ＰＬ１１が入射する理由について説明すると、偏光変換素子２７のプリズム要素２７ａに組み込まれた位相差板８５は、波長依存性を有しており、Ｒ光（例えば波長６００〜７００ｎｍ）に与える位相差の方が標準のＧ光（例えば波長５００〜６００ｎｍ）に与える位相差よりも小さくなっている。よって、偏光変換素子２７から射出されるＲ光は、Ｙ方向に延びるＳ偏光だけでなくこれに垂直なＰ偏光を僅かに含んだものとなっており、第１変換補償板３８ａには、Ｒ光として楕円化した楕円偏光ＰＬ１１が入射する。したがって、第１変換補償板３８ａの厚みを適宜調整しておけば、位相差板８５の波長依存性によるＲ光に対する不足する位相差付与を補償することができる。つまり、第１変換補償板３８ａによって僅かに楕円化した楕円偏光ＰＬ１１をＹ方向に延びる直線偏光ＰＬ１２に変換することができ、後述する液晶ライトバルブ４０ａに無駄なく照明光としてのＢ光を供給することができる。
【００２０】
図３（Ｂ）は、第２変換補償板３８ｃの機能を概念的に説明する図である。第２変換補償板３８ｃも、例えば第１変換補償板３８ａと同様に正の一軸性の光学結晶である位相差板で形成される。この場合、第２変換補償板３８ｃの光学軸ＡＸ２１は、上下のＹ方向に対して例えば反時計方向に４５°だけ回転した状態に設定されている。この第２変換補償板３８ｃに、Ｂ光としてＹ方向に長軸を有し僅かに楕円化した楕円偏光ＰＬ２１を入射させると、第２変換補償板３８ｃからは、Ｙ方向に延びる直線偏光ＰＬ２２が射出される。上述のように、位相差板８５は、波長依存性を有しており、Ｂ光（例えば波長４００〜５００ｎｍ）に与える位相差の方が標準のＧ光に与える位相差よりも大きくなっている。よって、偏光変換素子２７から射出されるＢ光は、Ｙ方向に延びるＳ偏光だけでなくこれに垂直なＰ偏光を僅かに含んだものとなっており、第２変換補償板３８ｃには、Ｂ光として楕円化した楕円偏光ＰＬ２１が入射する。したがって、第２変換補償板３８ｃの厚みを適宜調整しておけば、位相差板８５の波長依存性によるＢ光に対する過剰な位相差付与を補償することができる。つまり、第２変換補償板３８ｃにおいて僅かに楕円化した楕円偏光ＰＬ２１をＹ方向に延びる直線偏光ＰＬ２２に変換することができ、後述する液晶ライトバルブ４０ｃに無駄なく照明光としてのＢ光を供給することができる。
【００２１】
なお、以上の図３（Ａ）及び３（Ｂ）で説明した変換補償板３８ａ，３８ｃは単なる例示であり、偏光変換素子２７の特性に応じて光学軸等の屈折特性を変更することができる。
【００２２】
図１に戻って、光変調部４０を構成する各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置である。液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、色分離導光光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される３つの液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つの第２偏光フィルタ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。Ｒ光用の液晶ライトバルブ４０ａにおいて、例えば液晶パネル４１ａと第２偏光フィルタ４３ａとの間には、第１変調補償板４９ａが挿入されており、Ｂ光用の液晶ライトバルブ４０ｃにおいて、例えば液晶パネル４１ｃと第２偏光フィルタ４３ｃとの間には、第２変調補償板４９ｃが挿入されている。
【００２３】
この光変調部４０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、第２光路ＯＰ２上のフィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶ライトバルブ４０ａを構成する液晶パネル４１ａ上の表示領域を照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、第１光路ＯＰ１上のフィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶ライトバルブ４０ｂを構成する液晶パネル４１ｂ上の表示領域を照明する。第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂの双方を透過したＢ光は、第３光路ＯＰ３上のフィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバルブ４０ｃを構成する液晶パネル４１ｃ上の表示領域を照明する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。以上により、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれに対応する各色の変調光すなわち像光を形成する。
【００２４】
図４は、液晶パネル４１ａの構造を概念的に説明する断面図である。 液晶パネル４１ａは、入射側の光透過性基板９３ａと、入射側機能層９３ｂと、射出側の光透過性基板９３ｄと、射出側機能層９３ｅと、両透明基板９３ａ，９３ｄに挟まれた液晶層９３ｇとを備える。ここで、入射側機能層９３ｂは、透明共通電極、配向膜等を積層したものであり、射出側機能層９３ｅは、透明画素電極、配向膜等を積層したものであり、透明共通電極と任意の透明画素電極との間に配置された液晶層９３ｇの部分に必要な電圧を印可できるようになっている。液晶層９３ｇは、例えばＴＮ型の液晶からなり、電圧を印可しない状態でシステム光軸ＯＡに沿った位置で光学軸が徐々に回転する捻れ配向状態となっており、最大電圧を印可した状態でシステム光軸ＯＡに沿って光学軸が延びる垂直配向状態となる。なお、入射側機能層９３ｂには、各画素に対応する開口を有するブラックマトリクスも設けられており、射出側機能層９３ｅには、各画素の透明画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタも設けられている。
【００２５】
この液晶パネル４１ａにおいて、透明画素電極に電圧が印可されていない場合に、液晶ライトバルブ４０ａがオン状態となっている。液晶ライトバルブ４０ａがオン状態となっている場合、液晶層９３ｇ内の捻れ配向状態の液晶に起因する位相変調によって入射光の偏光方向が略９０°回転する。一方、透明画素電極に適当な電圧が印可されている場合、液晶ライトバルブ４０ａがオフ状態となっている。液晶ライトバルブ４０ａがオフ状態となっている場合、液晶層９３ｇ内の垂直配向状態の液晶のため入射光は実効的な位相変調作用を受けず、入射光の偏光方向が略そのまま維持される。
【００２６】
なお、以上はＲ光用の液晶パネル４１ａの説明であったが、他のＧ光及びＢ光用の液晶ライトバルブ４０ｂ，４０ｃも、Ｒ光用の液晶パネル４１ａと同一の構造を有し、Ｒ光用の液晶パネル４１ａと位相に関して等しい変調特性を有する。
【００２７】
図５は、液晶パネル４１ａ〜４１ｃの特性を説明するグラフである。横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は、屈折率差Δｎや変調特性（％）を示す。液晶パネル４１ａ〜４１ｃは波長によって異なる位相変調特性を有している。具体的には、Ｒ光及びＧ光用の液晶パネル４１ａ，４１ｂの透明画素電極に対してともにゼロ電圧を印可しても、Ｒ光の偏光方向の変調による回転角の方がＧ光の偏光方向の変調による回転角よりも小さくなる（実線のパネル特性Δｎと一点鎖線の最適Δｎとの差分）。また、同様に、Ｂ光及びＧ光用の液晶パネル４１ｃ，４１ｂの透明画素電極に対してともにゼロ電圧を印可しても、Ｂ光の偏光方向の変調による回転角の方がＧ光の偏光方向の変調による回転角よりも大きくなる（実線のパネル特性Δｎと一点鎖線の最適Δｎとの差分）。よって、Ｒ光用の液晶パネル４１ａでは、Ｇ光用の液晶パネル４１ｂと同様のゼロ電圧を印加した場合に不足する変調によって減光が生じ、Ｂ光用の液晶パネル４１ｃでは、Ｇ光用の液晶パネル４１ｂと同様のゼロ電圧を印加した場合に過剰な変調によって却って減光が生じる（破線のパネル特性参照）。以上のような不具合を解消するため、Ｒ光用の液晶ライトバルブ４０ａには、第１変調補償板４９ａが挿入され、Ｂ光用の液晶ライトバルブ４０ｃには、第２変調補償板４９ｃが挿入されている。
【００２８】
以下、図６（Ａ）及び６（Ｂ）を参照して、液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃに組み込まれた変調補償板４９ａ，４９ｃの役割について説明する。なお、以下の説明の前提として、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する直線偏光の偏光方向がＹ方向に平行な方向であるとする。また、このうちＧ光用の液晶パネル４１ｂにおいては、ゼロ電圧の印加時に、入射光の偏光方向がＹ方向に平行な方向からＹ方向に直交する方向に変調される。つまり、オン状態となっている場合、液晶パネル４１ｂに入射したＹ方向に平行な偏光方向の光束は、液晶パネル４１ｂの通過によってＹ方向に直交する偏光方向の光束に変換される。さらに、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃには同じ駆動信号（同じ階調に変調する信号）が与えられているものとする。
【００２９】
図６（Ａ）は、第１変調補償板４９ａの機能を概念的に説明する図である。第１変調補償板４９ａは、例えば正の一軸性の光学結晶である位相差板（具体的には１／４波長板）で形成される。この場合、第１変調補償板４９ａの光学軸ＡＸ３１は、システム光軸ＯＡ（図１参照）に垂直で上下のＹ方向に対して例えば僅かな角度αだけ時計方向に回転した状態に設定されている。この第１変調補償板４９ａに、Ｒ光としてＹ方向に対して角度２αだけ時計方向に回転した直線偏光ＰＬ３１を入射させると、第１変調補償板４９ａからは、Ｙ方向に延びる直線偏光ＰＬ３２が射出される。上述のように、Ｒ光用の液晶パネル４１ａがオン状態の場合、この液晶パネル４１ａを経たＲ光の回転角は、標準的なＧ光用の液晶パネル４１ｂがオン状態の場合におけるＧ光の回転角よりも小さくなっている。よって、Ｒ偏光の相対的に不足する回転角を角度２αであるとすれば、第１変調補償板４９ａの光学軸ＡＸ３１の設定等により、液晶パネル４１ａの波長依存性によるＲ光に対する不足する変調作用を補償することができる。結果的に、Ｒ光用の液晶パネル４１ａにゼロ電圧が印可され液晶ライトバルブ４０ａがオン状態となった場合に、偏光方向が正確に９０°回転して最大位相変調量の状態で第２偏光フィルタ４３ａに入射することになり、最大輝度の光束を取り出すことができる。
【００３０】
図６（Ｂ）は、第２変調補償板４９ｃの機能を概念的に説明する図である。第２変調補償板４９ｃは、例えば正の一軸性の光学結晶である位相差板（具体的には１／４波長板）で形成される。この場合、第２変調補償板４９ｃの光学軸ＡＸ４１は、システム光軸ＯＡ（図１参照）に垂直で上下のＹ方向に対して例えば僅かな角度βだけ反時計方向に回転した状態に設定されている。この第２変調補償板４９ｃに、Ｂ光としてＹ方向に対して角度２βだけ反時計方向に回転した直線偏光ＰＬ４１を入射させると、第２変調補償板４９ｃからは、Ｙ方向に延びる直線偏光ＰＬ４２が射出される。上述のように、Ｂ光用の液晶パネル４１ｃがオン状態の場合、この液晶パネル４１ｃを経たＢ光の回転角は、標準的なＧ光用の液晶パネル４１ｂがオン状態の場合におけるＧ光の回転角よりも大きくなっている。よって、Ｂ偏光の相対的に過剰な回転角を角度２βであるとすれば、第２変調補償板４９ｃの光学軸ＡＸ４１の設定等により、液晶パネル４１ｃの波長依存性によるＢ光に対する過剰な変調作用を補償することができる。結果的に、Ｂ光用の液晶パネル４１ｃにゼロ電圧が印可され液晶ライトバルブ４０ｃがオン状態となった場合に、偏光方向が正確に９０°回転して最大位相変調量の状態で第２偏光フィルタ４３ｃに入射することになり、最大輝度の光束を取り出すことができる。
【００３１】
なお、以上で説明した変調補償板４９ａ，４９ｃは単なる例示であり、液晶パネル４１ａ，４１ｃの特性（具体的にはＴＮ、ＶＡ等の液晶タイプ、ノーマリオンかオフか等の仕様）に応じて光学軸、屈折率等の特性を適宜変更することができる。
【００３２】
図１に戻って、クロスダイクロイックプリズム５０は、各色の像光用の光合成光学系として、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜５１ａ，５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向左側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ，５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向右側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。
【００３３】
投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクタ１００によれば、Ｒ光やＢ光に対する液晶パネル４１ａ，４１ｃの位相に関する変調特性と、Ｇ光に対する液晶パネル４１ｂの位相に関する変調特性との差を補償するために、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３に第１及び第２変調補償板４９ａ，４９ｃをそれぞれ設けているので、各色の液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの駆動電圧を相互に調整することなく、第１光路でＯＰ１のＲ光に対する位相変調量と、第２光路ＯＰ２でのＧ光に対する位相変調量と、第３光路ＯＰ３でのＢ光に対する位相変調量とを一致させることができる。これにより、互いに等しい変調特性を有する同一仕様の液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃでプロジェクタ１００を構成することができ、かつ、Ｒ光，Ｇ光、及びＢ光のいずれかの抑制や損失を前提としないでこれらの色光の変調割合を調整でき、高輝度のプロジェクタ１００を比較的安価に提供することができる。
【００３５】
また、本実施形態のプロジェクタ１００によれば、第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３に第１及び第２変換補償板３８ａ，３８ｃとをそれぞれ設けているので、液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの前段に設けた第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃに入射する照明光の偏光方向が互いにずれて光量損失が発生することを抑えることができ、投射光の輝度を簡易に高めることができる。
【００３６】
〔第２実施形態〕
以下、図７を参照して、第２実施形態のプロジェクタについて説明する。なお、第２実施形態のプロジェクタ２００は、第１実施形態のプロジェクタ１００を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態のプロジェクタ１００と同様であるものとする。
【００３７】
本実施形態のプロジェクタ２００は、光源装置１０と、均一化光学系２０と、色分離導光光学系２３０と、光変調部２４０と、ダイクロイックプリズム２５０と、投射レンズ６０とを備える。
【００３８】
上記プロジェクタ２００において、色分離導光光学系２３０は、ダイクロイックミラー２３１ａと、反射ミラー２３２ａ，２３２ｂと、２つのフィールドレンズ２３３ａ，２３３ｃと、変換補償板２３８ａとを備え、均一化光学系２０から出射した照明光をＲ光及びＧ光の複合光とＢ光とに２分離するとともに、各分離光を液晶ライトバルブ２４０ａ，２４０ｃへ導く。
【００３９】
以上において、Ｒ光及びＧ光用の第２光路ＯＰ２に配置される変換補償板２３８ａは、均一化光学系２０に設けた位相差板８５の波長依存性に起因するＲ光やＧ光に対する位相差付与の不足を補償するためのものである。これにより、液晶ライトバルブ２４０ａに無駄なく照明光としてのＲ光及びＧ光を供給することができる。なお、Ｂ光用の第１光路ＯＰ１は、基準となる光路であり、変換補償板を配置していない。
【００４０】
光変調部２４０を構成する一方の液晶ライトバルブ２４０ａは、第１偏光フィルタ２４２ａと、液晶パネル２４１ａと、変調補償板２４９ａと、第２偏光フィルタ２４３ａとを備える。他方の液晶ライトバルブ２４０ｃは、第１偏光フィルタ４２ｃと、液晶パネル４１ｃと、第２偏光フィルタ４３ｃとを備える。この光変調部２４０において、色分離導光光学系２３０から射出されたＲ光及びＧ光は、第２光路ＯＰ２上の液晶ライトバルブ２４０ａを照明する。液晶ライトバルブ２４０ａは、これに組み込んだ液晶パネル２４１ａの画素にカラーフィルタを設けたものであり、２色の個別変調が可能である。これにより、液晶パネル２４１ａに入射したＲ光及びＧ光の偏光方向の空間的分布を変調し、液晶パネル２４１ａに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態を調節できる。この際、第１偏光フィルタ２４２ａによって、液晶パネル２４１ａに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、第２偏光フィルタ２４３ａによって、液晶パネル２４１ａから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出され、Ｒ光及びＧ光の変調光すなわち像光が形成される。
【００４１】
なお、第１光路ＯＰ１上に配置される液晶ライトバルブ２４０ｃは、第１実施形態の液晶ライトバルブ４０ｃから第２変調補償板４９ｃを除いたものとなっている。つまり、この場合のＢ光用の液晶ライトバルブ２４０ｃは、変調補償の対象となっていない基準のライトバルブとなっている。
【００４２】
以下、液晶ライトバルブ２４０ａに設けた変調補償板２４９ａの機能について説明する。Ｒ光及びＧ光用の液晶パネル２４１ａがオン状態の場合、この液晶パネル２４１ａを経たＲ光及びＧ光用の回転角は、標準的なＢ光用の液晶パネル４１ｂがオン状態の場合におけるＢ光の回転角よりも小さくなっている。よって、変調補償板２４９ａの光学軸の設定等により、液晶ライトバルブ２４０ａの波長依存性によるＲ光及びＧ光に対する不足する変調作用をある程度補償することができる。結果的に、Ｒ光及びＧ光用の液晶パネル２４１ａにゼロ電圧が印可され液晶ライトバルブ２４０ａがオン状態となった場合に、最大輝度の光束を取り出すことができる。
【００４３】
ダイクロイックプリズム２５０は、光合成光学系として、両液晶ライトバルブ２４０ａ，４０ｃからの像光を合成する。このため、ダイクロイックプリズム２５０は、２つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｂ光を透過させＧ光及びＲ光を反射する誘電体多層膜２５１ａが形成されている。
【００４４】
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４５】
例えば、上記第１実施形態では、第１変換補償板３８ａを液晶ライトバルブ４０ａの直前に配置しているが、ここに限らず、第１変換補償板３８ａを第２光路ＯＰ２上の任意の箇所に配置することができる。また、第２変換補償板３８ｃも液晶ライトバルブ４０ｃの直前に限らず、第３光路ＯＰ３上の任意の箇所に配置することができる。同様に、第２実施形態においても、変換補償板２３８ａを第２光路ＯＰ２上の任意の箇所に配置することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、変調補償板４９ａ，４９ｃ，２４９ａを液晶パネル４１ａ，４１ｃ，２４１ａの射出側に配置しているが、これら液晶パネル４１ａ，４１ｃ，２４１ａの入射側に配置することもできる。
【００４７】
また、上記第１実施形態では、変換補償板３８ａ，３８ｃを第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３に配置しているが、同様の変換補償板を第１及び第２光路ＯＰ１，ＯＰ２に配置したり、第１及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ３に配置したりすることができる。さらに、全ての光路ＯＰ１〜ＯＰ３に変換補償板を配置することもできる。
【００４８】
同様に、上記第１実施形態では、変調補償板４９ａ，４９ｃを液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃに組み込んでいるが、同様の変調補償板を液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂに組み込んだり、液晶ライトバルブ４０ｂ，４０ｃに組み込んだりすることができる。さらに、全ての液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃに変調補償板を配置することもできる。
【００４９】
上記実施形態の光源装置１０に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。また、光源装置１０は、副鏡１３を有しないタイプの光源とすることができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００５１】
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１等に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃ又は２つの液晶パネル２４１ａ，４１ｃを用いたプロジェクタ１００の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態のプロジェクタについて説明する平面図である。
【図２】偏光変換素子を構成するプリズム要素の構造を説明する図である。
【図３】（Ａ）は、第１変換補償板の機能を説明する図であり、（Ｂ）は、第２変換補償板の機能を説明する図である。
【図４】液晶パネルの構造を概念的に説明する断面図である。
【図５】液晶パネルの特性を説明するグラフである。
【図６】（Ａ）は、第１変調補償板の機能を説明する図であり、（Ｂ）は、第２変調補償板の機能を説明する図である。
【図７】第２実施形態のプロジェクタについて説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…光源装置、  ２０…均一化光学系、  ２３，２４…レンズアレイ、  ２５…重畳レンズ、  ２７…偏光変換素子、  ３０…色分離導光光学系、  ３１ａ，３１ｂ…ダイクロイックミラー、  ３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…フィールドレンズ、  ３８ａ…第１変換補償板、  ３８ｃ…第２変換補償板、  ４０…光変調部、  ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ、  ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、  ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…第１偏光フィルタ、  ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…第２偏光フィルタ、  ４９ａ…第１変調補償板、  ４９ｃ…第２変調補償板、  ５０…クロスダイクロイックプリズム、  ６０…投射レンズ、  １００…プロジェクタ、  ＯＡ…システム光軸、  ＯＰ１…第１光路、  ＯＰ２…第２光路、  ＯＰ３…第３光路
【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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