CN102608845A - 投影机 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种通过极力抑制产生黑浮起而能够充分提高对比度的投影机。本发明的投影机包括：射出多个色光的照明装置、调制各色光的垂直取向模式的反射型的多个液晶光阀、设于照明装置和液晶光阀之间的包括C板和O板的相位差补偿板、将调制后的色光合成的色合成元件、和将合成后的光投射到被投射面上的投射光学系统，与至少一个液晶光阀对应的相位差补偿板的正面相位差值不同于与其他液晶光阀对应的相位差补偿板的正面相位差值。

Description

投影机
技术领域
本发明涉及投影机。
背景技术
近年，提出有从正面观察时的对比度优良、具有垂直取向(VerticalAlignment，以下有时也简略记作VA)模式的液晶光阀的投影机。VA模式的液晶光阀是在一对基板之间夹着具有负介电常数各向异性的液晶层，在无电压施加状态下使液晶分子大致垂直取向的部件。但是，即使使用了这样的VA模式的液晶光阀，在从斜向观察时，对比度降低，显示品质降低。
因此，以往，使用具有沿厚度方向的光轴的相位差补偿元件、即所谓的C板，来补偿斜向通过液晶层的光的相位差。此时，通过以使C板的光轴与液晶分子的预倾角方向平行的方式倾斜配置C板，从而用C板来补偿液晶的正面相位差。此时，需要用于将C板以倾斜的姿势配置的夹具。
但是，在产生该倾斜夹具的位移偏移(倾斜角度的偏移)、液晶取向的方位角的偏移时，仅靠倾斜C板，不能进行充分的相位差补偿。此外，在液晶面板的单元厚度(cell thickness)产生不均时，需要利用C板的倾斜角度调整液晶面板相对于单元厚度变化的正面相位差。但是，此时，C板的实效滞后偏离最优条件，不能进行充分的相位差补偿。而且，随着液晶分子的预倾角变大，C板的倾斜角也变大，但此时对于入射偏振光产生P偏振光和S偏振光的反射率的差异，入射偏振光的轴偏移，因此对比度降低。
因此，提出如下方案：除了这样的C板之外，还使用具有双轴性折射率各向异性的相位差补偿元件、即所谓的O板来进行更高的相位差补偿，提高对比度(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009-145862号公报
发明内容
在专利文献1记载的投影机中，在液晶面板的光射出侧配置有C板和O板。但是，仅通过在红色光调制用、绿色调制用、蓝色调制用的各液晶面板的光射出侧配置C板和O板，会产生黑显示多少变亮的现象、即所谓的黑浮起，不能充分提高对比度。
本发明是为了解决上述课题而做出的，其目的在于提供一种通过极力抑制发生黑浮起而能够充分提高对比度的投影机。
为了达到上述目的，本发明的投影机，包括：照明装置，其射出不同色的多个色光；多个液晶光阀，其调制所述多个色光的各个，为垂直取向模式的反射型液晶光阀；相位差补偿板，其设于所述照明装置与各个所述液晶光阀之间，包括光轴沿着厚度方向、具有负单轴性折射率各向异性的第1相位差补偿层，和具有双轴性折射率各向异性的第2相位差补偿层；色合成光学系统，其将由所述多个液晶光阀调制了的色光合成；和投射光学系统，其将由所述色合成光学系统合成的光投射到被投射面上，与所述多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值，不同于与其他液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值。
在具有调制不同色的色光的多个液晶光阀的投影机中，通常是对某个液晶光阀，将相位差补偿板的正面相位差值、光轴的配置等诸多条件最优化，使其他液晶光阀也与其相一致。但是，由于在各液晶光阀调制的光的波长不同，在液晶和相位差补偿板，波长色散不同，因此对于所有液晶光阀进行最优的相位差补偿是不可能的。因此，在成为最优化基准的液晶光阀以外的液晶光阀产生黑浮起，结果，出现由将各色光合成后的合成光得到的图像的对比度降低这一问题。
与此相对，在本发明的投影机中，使与多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的相位差补偿板的正面相位差值不同于与其他液晶光阀对应的相位差补偿板的正面相位差值。由此，能够对所有液晶光阀进行最优的相位差补偿，能够抑制发生黑浮起，提高对比度。
在本发明的投影机中优选是，所述多个液晶光阀是红色光调制用液晶光阀、绿色光调制用液晶光阀及蓝色光调制用液晶光阀，与所述红色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值大于与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值，与所述蓝色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值小于与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值。
液晶光阀所具有的液晶层的波长色散具有在长波长侧正面相位差大、在短波长侧正面相位差小这样的特性。因此，若做成红色光用的相位差补偿板的正面相位差值比绿色光用的相位差补偿板的正面相位差值大、蓝色光用的相位差补偿板的正面相位差值比绿色光用的相位差补偿板的正面相位差值小的结构，则能够对所有液晶光阀进行最优的相位差补偿。
本发明的另一投影机，包括：照明装置，其射出不同色的多个色光；多个液晶光阀，其调制所述多个色光的各个，为垂直取向模式的反射型液晶光阀；相位差补偿板，其设于所述照明装置与各个所述液晶光阀之间，包括光轴沿着厚度方向、具有单轴性的负的折射率各向异性的第1相位差补偿层，和具有双轴性折射率各向异性的第2相位差补偿层；色合成光学系统，其将由所述多个液晶光阀调制了的色光合成；和投射光学系统，其将由所述色合成光学系统合成的光投射到被投射面上，与所述多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的所述相位差补偿板的在面内方位上的滞相轴的方位角，不同于与其他液晶光阀对应的所述相位差补偿板的在面内方位上的滞相轴的方位角。
在本发明的另一投影机中，与多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的相位差补偿板的从厚度方向观察的滞相轴的方位角，不同于与其他液晶光阀对应的相位差补偿板的从厚度方向观察的滞相轴的方位角。由此，能够对所有液晶光阀进行最优的相位差补偿，能够抑制发生黑浮起，提高对比度。
在本发明的投影机中优选是，所述多个液晶光阀是红色光调制用液晶光阀、绿色光调制用液晶光阀及蓝色光调制用液晶光阀，在所述照明装置与所述相位差补偿板之间设有具有预定的透射轴的偏振分束器，与所述红色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度，比与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度大，与所述蓝色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度，比与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度小。
相位差补偿板的滞相轴与偏振分束器(Polarized Beam Splitter，以下简记作PBS)的透射轴所成角度通常设定为0度～10度左右的小角度。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的投影机的概略结构图。
图2是表示投影机的液晶光阀周边的结构的立体图。
图3是保持液晶光阀的三棱柱单元的剖面图。
图4是表示液晶光阀的概略结构的剖面图。
图5(A)～(C)是表示相位差补偿板的概略结构的剖面图。
图6(A)是用于说明C板的光学各向异性的示意图，图6(B)是用于说明O板的光学各向异性的示意图。
图7是表示图像形成光学系统的各结构要素的光轴配置的关系的图。
图8是表示用于说明本发明的原理的庞加莱球的图。
图9是从S1轴方向观察上述庞加莱球的主视图，是表示在使相位差补偿板的正面相位差值变化时的庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图。
图10是表示红色光用相位差补偿板的在庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图，图10(A)表示未最优化的情况，图10(B)表示最优化了的情况。
图11是表示蓝色光用相位差补偿板的在庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图，图11(A)表示未最优化的情况，图11(B)表示最优化了的情况。
图12是在本发明的第2实施方式的投影机中从S1轴方向观察上述庞加莱球的主视图，是表示使相位差补偿板的滞相轴角度变化时的在庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图。
图13是表示红色光用相位差补偿板的在庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图，图13(A)表示未最优化的情况，图13(B)表示最优化了的情况。
图14是表示蓝色光用相位差补偿板的在庞加莱球上的光的偏振状态的变化的图，图14(A)表示未最优化的情况，图14(B)表示最优化了的情况。
附图标记说明
1...投影机，2...照明装置，3R、3G、3B...图像形成光学系统，4...色合成元件(色合成光学系统)，5...投射光学系统，11R、11G、11B...液晶光阀，12、56、57...相位差补偿板，53、53A、53B...C板(第1相位差补偿层)，54...O板(第2相位差补偿层)。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下，使用图1～图11说明本发明的第1实施方式。
在本实施方式中，以具有3张反射型液晶光阀的投影机、即所谓的三片式液晶投影机为例进行说明。
图1是表示本实施方式的投影机的概略结构图。图2是表示投影机的液晶光阀周边的结构的立体图。图3是保持液晶光阀的三棱柱单元的剖面图。
另外，在以下的所有附图中，为了容易观察各结构要素，有时根据结构要素使尺寸缩小比例不同地予以显示。
如图1所示，本实施方式的投影机1包括：射出由红色光(R光)、绿色光(G光)、蓝色光(B光)构成的3色光的照明装置2、形成各色光的图像的3组图像形成光学系统3R、3G、3B、将3色光合成的色合成元件4(色合成光学系统)、和将所合成的光投射到屏幕等被投射面(未图示)的投射光学系统5。照明装置2包括光源6、积分光学系统7、和色分离光学系统8。图像形成光学系统3R、3G、3B包括入射侧偏振板9、PBS10、反射型液晶光阀11R、11G、11b、相位差补偿板12、和射出侧偏振板13。
概略而言，投影机1如以下这样动作。
从光源6射出的白色光入射到积分光学系统7。入射到积分光学系统7的白色光，其照度被均匀化、且偏振光状态被一致为预定的直线偏振光而射出。从积分光学系统7射出的白色光被色分离光学系统8分离为R、G、B各色光，入射到按各色光不同组的图像形成光学系统3R、3G、3B。入射到各图像形成光学系统3R、3G、3B的色光成为基于应显示图像的图像信号而调制成的调制光。从3组图像形成光学系统3R、3G、3B射出的3色调制光被色合成元件4合成而成为多色光，入射到投射光学系统5。入射到投射光学系统5的多色光被投射到屏幕等被投射面。如此，在被投射面显示全色(full color)的图像。
以下，详细说明投影机1的各结构要素。
光源6具有光源灯15和抛物面反射器16。从光源灯15放射的光被抛物面反射器16向一个方向反射而成为大致平行的光束，作为光源光入射到积分光学系统7。光源灯15由例如金属卤化物灯、氙气灯、高压水银灯、卤素灯等构成。也可以取代抛物面反射器16，而由椭圆反射器、球面反射器等构成反射器。根据反射器的形状，可以使用使从反射器射出的光平行的平行化透镜。
积分光学系统7具有第1透镜阵列17、第2透镜阵列18、偏振变换元件19、和复合透镜20。第1透镜阵列17具有在与光源6的光轴L1大致正交的面排列的多个微透镜21。第2透镜阵列18与第1透镜阵列17同样，具有多个微透镜22。各微透镜21、22排列成矩阵状，与光轴L1正交的平面上的平面形状成为与液晶光阀11R、11G、11B的被照明区域相似的形状(大致矩形)。被照明区域是指在液晶光阀11R、11G、11B中多个像素排列成矩阵状而实质上有助于显示的区域。
偏振变换元件19具有多个偏振变换单元23。各偏振变换单元23(详细构造未图示)，具有偏振分离膜(以下称为PBS膜)、1/2相位板及反射镜。第1透镜阵列17的各微透镜21与第2透镜阵列18的各微透镜22一一对应。第2透镜阵列18的各微透镜22与偏振变换元件19的各偏振变换单元23一一对应。
入射到积分光学系统7的光源光在空间上分开而入射到第1透镜阵列17的多个微透镜21，按入射到微透镜21的每个光束被聚光。被各微透镜21聚光的光源光在与微透镜21对应的第2透镜阵列18的微透镜22成像。即，在第2透镜阵列18的多个微透镜22分别形成二次光源像。来自在微透镜22形成的二次光源像的光入射到与该微透镜22对应的偏振变换单元23。
入射到偏振变换单元23的光被分离为对于PBS膜的P偏振光和S偏振光。所分离的一方的偏振光(例如S偏振光)在反射镜被反射后穿过1/2相位板，由此偏振状态被变换，被一致成另一偏振光(例如P偏振光)。在此，穿过偏振变换单元23的光的偏振状态被一致为透射后述的入射侧偏振板9的偏振状态。从多个偏振变换单元23射出的光借助复合透镜20重叠于液晶光阀11R、11G、11B的被照明区域上。被第1透镜阵列17在空间上分割出的各光束照明被照明区域的大致整个区域，从而使照度分布平均化，被照明区域上的照度均匀化。
色分离光学系统8包括：具有波长选择面的第1分色镜25、第2分色镜26、第3分色镜27及第1反射镜28、第2反射镜29。第1分色镜25具有反射红色光LR并使绿色光LG及蓝色光LB透射的分光特性。第2分色镜26具有使红色光LR透射并反射绿色光LG及蓝色光LB的分光特性。第3分色镜27具有反射绿色光LG并使蓝色光LB透射的分光特性。第1分色镜25和第2分色镜26配置成各自的波长选择面相互大致正交，且各自的波长选择面与积分光学系统7的光轴L2成大致45°的角度。
入射到色分离光学系统8的光源光所含的红色光LR、绿色光LG、蓝色光LB如以下这样被分离，入射到与所分离的各色光对应的图像形成光学系统3R、3G、3B。即，红色光LR透射第2分色镜26并被第1分色镜25反射后，在第1反射镜28反射，入射到红色光用图像形成光学系统3R。绿色光LG透射第1分色镜25并在第2分色镜26反射后，在第2反射镜29反射，在第3分色镜27反射，入射到绿色光用图像形成光学系统3G。蓝色光LB透射第1分色镜25并在第2分色镜26反射后，在第2反射镜29反射，透射第3分色镜27，入射到蓝色光用图像形成光学系统3B。在各图像形成光学系统3R、3G、3B被调制的各色光入射到色合成元件4。
色合成元件4由分色棱镜构成。分色棱镜是将4个三棱柱棱镜相互贴合而成的构造。在三棱柱棱镜中相贴合的面成为分色棱镜的内表面。在分色棱镜的内表面，反射红色光LR并透射绿色光LG的镜面与反射蓝色光LB并透射绿色光LG的镜面相互正交地形成。入射到分色棱镜的绿色光LG直接通过镜面而射出。入射到分光棱镜的红色光LR、蓝色光LB在镜面选择性反射或透射，而向与绿色光LG的射出方向相同的方向射出。如此将3个色光(图像)重合合成，合成的色光被投射光学系统5放大投射到屏幕7。投射光学系统5具有第1透镜群44及第2透镜群45。
在本实施方式中，如图2所示，红色光用图像形成光学系统3R、绿色光用图像形成光学系统3G、蓝色光用图像形成光学系统3B都被单元化，是同样的结构。被单元化的3个图像形成光学系统3R、3G、3B与色合成元件4的3个光入射面接合。
在此，作为图像形成光学系统的代表，说明绿色光用图像形成光学系统3G的结构。
如图3所示，绿色光用图像形成光学系统3G包括入射侧偏振板9、PBS10、绿色光用液晶光阀11G、相位差补偿板12、和射出侧偏振板13。这些结构要素中，除了入射侧偏振板9之外，PBS10、绿色光用液晶光阀11G、相位差补偿板12及射出侧偏振板13固定在具有大致三棱柱形状的壳体50。壳体50由例如铝等导热性高的材料构成。
在壳体50的3个侧面50a、50b、50c分别设有使光通过的开口部50at、50bt、50ct。将壳体50的3个侧面50a、50b、50c中的相互成直角相接的2个面设为第1侧面50a、第2侧面50b，与第1侧面50a及第2侧面50b成45°的角度相接的面设为第3侧面50c。在第1侧面50a的外表面侧以封住开口部50at的方式固定有绿色光用液晶光阀11G，在第1侧面50a的内表面侧以封住开口部50at的方式固定有相位差补偿板12。在第2侧面50b的外表面侧以封住开口部50bt的方式固定有射出侧偏振板13。在第3侧面50c的外表面侧以封住开口部50ct的方式固定有PBS10。通过这样的结构，壳体50的内部成为被密闭的空间。
在绿色光用图像形成光学系统3G中，从光源光分离出的绿色光LG入射到入射侧偏振板9。入射侧偏振板9使沿预定方向振动的直线偏振光透射，以使对于接着说明的PBS10的偏振分离面的P偏振光透射的方式设定透射轴。以下，将对于PBS10的偏振分离面的P偏振光简称为P偏振光，将对于PBS10的偏振分离面的S偏振光简称为S偏振光。如上所述，穿过了积分光学系统7的光源光的偏振光状态被一致为P偏振光，因此绿色光LG的大致全部透射入射侧偏振板9而入射到PBS10。
本实施方式的PBS10是线栅型(wire grid type)PBS，由例如玻璃基板和在其上形成的多个金属线构成(图示省略)。多个金属线都沿一个方向(Z方向)延伸，相互大致平行并间隔开地形成在玻璃基板上。形成有多个金属线的玻璃基板的主面成为偏振分离面，多个金属线的延伸方向是反射轴方向，多个金属线的排列方向是透射轴方向。偏振分离面相对于入射到偏振分离面的绿色光LG的中心轴成大致45°的角度。入射到偏振分离面的绿色光LG中的、偏振方向与反射轴方向一致的S偏振光在偏振分离面被反射，偏振方向与透射轴方向一致的P偏振光透射偏振分离面。利用积分光学系统7的偏振变换元件19及入射侧偏振板9的作用，绿色光LG大致都成为P偏振光，因此绿色光LG大概全部都透射PBS10的偏振分离面而入射到绿色光用液晶光阀11G。另外，考虑到耐热性等，入射侧偏振板9、射出侧偏振板13优选由线栅型偏振板构成。
本实施方式的绿色光用液晶光阀11G是反射型液晶光阀，液晶模式是垂直取向(Vertical Alien)模式。如图3所示，绿色光用液晶光阀11G具有相互相对配置的TFT阵列基板31及对置基板32、和夹持在这2张基板之间的液晶层33。液晶层33由介电常数各向异性为负的液晶材料构成。
在PBS10与绿色光用液晶光阀11G之间的光路上配置有相位差补偿板12。后面将说明相位差补偿板12的详细结构。透射了PBS10的绿色光LG依次透射相位差补偿板12、绿色光用液晶光阀11G的对置基板32，入射到液晶层33后在TFT阵列基板31上被反射而折返。绿色光LG在透射液晶层33的期间被调制而成为调制光，再次透射对置基板32、相位差补偿板12。
如图4所示，在构成TFT阵列基板31的基板主体35上，多个栅极线和多个源极线正交地配置，经由设于栅极线与源极线的交点附近的TFT设置像素电极36。另外，在图4中，栅极线、源极线、TFT等比像素电极36靠下层侧的结构要素的图示省略。像素电极36由例如铝、银、它们的合金等光反射率高的金属构成，起到反射电极的作用。另一方面，在构成对置基板32的基板主体38上设有由铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，以下简记作ITO)等透明导电材料构成的共用电极39。
在TFT阵列基板31的像素电极36上形成有取向膜37。同样，在对置基板32的共用电极39上形成有取向膜40。这些取向膜37、40是通过真空蒸镀硅氧化物(SiO2)而形成。例如真空蒸镀时的真空度为5×103Pa，基板温度为100℃。为了对取向膜37、40赋予各向异性，从相对于基板面倾斜45度的方向进行蒸镀。如此，则在与蒸镀方位相同的方位，硅氧化物的柱体(柱状构造体)在相对于基板面倾斜70度的方向生长。TFT阵列基板31上的取向膜37和对置基板32上的取向膜40被配置成各自的取向方向平行、并且在平面内的朝向(方位)相对性地相反。利用以上的取向膜37、40，液晶层33的液晶分子33B取向成为预定的预倾角(pre-tiltangle)。另外，在像素电极36的材料与共用电极39的材料的功函数差成为造成闪烁、残像的原因时，可以在像素电极36与取向膜37之间设置绝缘膜。
如图5(a)所示，相位差补偿板12在石英玻璃制的基板52的一个面形成有C板(负的C板)53(第1相位差补偿层)、在另一面形成O板54(第2相位差补偿层)。即，在本实施方式中，C板53和O板54一体化。由这样的结构构成的相位差补偿板12以C板53位于绿色光用液晶光阀11G侧、O板54位于与绿色光用液晶光阀11G相反一侧的方式，与绿色光用液晶光阀11G平行配置。
C板53由通过溅射法等在基板52上交替层叠高折射率层和低折射率层而成的多层膜构成，是光轴沿厚度方向的、具有单轴性的负的折射率各向异性的双折射率体。C板53具有相对于表面垂直的光轴，补偿从绿色光用液晶光阀11G射出的斜向光的相位差。高折射率层由作为相对高折射率的电介体的TiO2、ZrO2等构成，低折射率层由作为低折射率的电介体的SiO2、MgF2等构成。这样结构的C板53为了防止透射其的光在各层之间反射、干涉，优选各折射率层的厚度薄。
图6(a)是用于说明C板53的光学各向异性的示意图。如图6(a)中折射率椭圆体所示，C板53的各方向的折射率的关系是nx＝ny＞nz，对于与C板53的光轴平行入射的光是各向同性的，因此不能补偿相位差。即，对于从绿色光用液晶光阀11G垂直入射到C板53的光，不能补偿相位差。另一方面，对于从绿色光用液晶光阀11G射出的光中的斜向成分的光、即VA模式的液晶的斜向成分，光学补偿其相位差。另外，C板53不需要完全满足nx＝ny，可以稍有一些相位差，具体而言，正面相位差值可以是0nm～3nm左右。
作为这种C板53，优选是厚度方向的相位差Rth为100nm以上且300nm以下，更优选是180nm。在此，厚度方向的相位差Rth由以下的式子定义。
Rth＝{(nx+ny)/2-nz}×d
其中，nx、ny在图6(a)所示的C板53表示面方向的主折射率，nz在图6(a)所示的C板53表示厚度方向的主折射率。d表示C板53的厚度。
另外，如图5(a)所示，O板54是在石英玻璃制的基板52的另一面斜向蒸镀Ta2O5等无机材料而形成的。微观观察，O板54具有膜构造，该膜构造具有无机材料沿斜向生长的柱体(柱状构造体)。由这样的构造构成的无机膜，因其微细构造而产生相位差。
图6(b)是用于说明O板54的光学各向异性的示意图。如图6(b)中折射率椭圆体所示，O板54，其各方向的折射率的关系是nx＜ny＜nz，是具有双轴折射率各向异性的双折射体。O板54由于上述的形成了柱体的无机膜而具有滞相轴(遅相軸)。O板54的滞相轴与从基板的法线方向看去将图6(b)所示的折射率椭圆体投影到基板上(基板面)而成的椭圆形的长轴54c一致。
图7是表示液晶分子33B的取向方向、PBS10的透射轴和O板54的滞相轴的关系的图。如图7所示，在本实施方式中，从沿光轴的方向观察，液晶分子33B的取向方向与PBS10的透射轴所成角度α设定为例如45度，PBS10的透射轴与O板54的滞相轴所成角度θ设定为例如3度。
如上所述，红色光用图像形成光学系统3R、绿色光用图像形成光学系统3G、蓝色光用图像形成光学系统3B的基本结构相同，但是，在以下的部分不同。
即，在本实施方式中，各图像形成光学系统3R、3G、3B中的相位差补偿板12的O板54的正面相位差值不同。具体而言，红色光用图像形成光学系统3R中的相位差补偿板12的O板54的正面相位差值设定为例如15.4nm。绿色光用图像形成光学系统3G中的相位差补偿板12的O板54的正面相位差值设定为例如15.0nm。蓝色光用图像形成光学系统3B中的相位差补偿板12的O板54的正面相位差值设定为例如14.1nm。
另外，正面相位差值Re由以下的式子定义。
Re＝(nx-ny)×d
其中，nx、ny在图6(b)所示的O板54中表示面方向的主折射率。d表示O板54的厚度。
在此，使用图8所示的庞加莱球(Poincare sphere)说明利用相位差补偿板12进行相位差补偿的原理。
入射到作为庞加莱球的轴S1与球表面的交点的点A的直线偏振光透射O板54，由此移动到点B，成为例如顺时针的椭圆偏振光。接着，顺时针的椭圆偏振光透射液晶光阀11G的液晶层33时，由于液晶分子33B的预倾角的影响，受到相位差，移动到S1-S2平面上的点C。光在液晶光阀11G的像素电极36反射后，再次透射液晶层33时，由于液晶分子33B的预倾角的影响而受到相位差，移动到点D成为逆时针的椭圆偏振光。接着，逆时针的椭圆偏振光透射O板54，移动到点E。在此，若点E与点A一致，则逆时针的椭圆偏振光恢复成直线偏振光，正面相位差被完全补偿。在所有图像形成光学系统3R、3G、3B中成为该状态是理想的，在该状态下黑浮起被完全抑制，显示的对比度最大。另外，在此对正面相位差进行讨论，所以C板53不起作用。
但是，实际上由于R、G、B的波长不同、液晶及O板在折射率各向异性具有波长色散(波長分散)，因此例如在以绿色光为基准时，在红色光、蓝色光，点E与点A不一致。例如为了以绿色光为基准而成为图8所示的理想状态，进行利用O板54的相位差补偿的最优化，使红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的正面相位差值与绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的正面相位差值相一致。此时，对于红色光，如图10(A)所示，由于红的波长比绿的波长长和在O板54的折射率各向异性上的波长色散这两者的影响重合，在庞加莱球上在O板54的作用下从点A移动到点B的移动距离与绿色光相比变短。接着，在液晶层33的作用下从点B移动到点C的移动距离及从点C移动到点D的移动距离也是与绿色光相比变短。但是，由于未成为最优值，因此如图10(A)所示，点C的到达点不是最优值。接着，在O板54的作用下从点D移动到点E的移动距离与绿色光相比变短。结果，在红色光时，点E不返回到点A的位置。由此，在该状态下，黑浮起未被抑制，显示的对比度降低。
另外，以下所示的图9～图11表示从轴S1的方向观察庞加莱球，将球表面投影到S2-S3平面上的圆。
此外，使蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的正面相位差值与绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的正面相位差值相一致。此时，如图11(A)所示，在庞加莱球上，在O板54的作用下从点A移动到点B的移动距离与绿色光时相比变长。接着，在液晶层33的作用下从点B移动到点C的移动距离及从点C移动到点D的移动距离与绿色光时相比变长。但是，由于不是最优值，因此如图11(A)所示，点C的到达点不是最优值。并且，在O板54的作用下从点D移动到点E的移动距离与绿色光时相比变长。结果，蓝色光时，点E不返回到点A的位置。由此，在该状态下，黑浮起未被抑制，显示的对比度降低。
在此，若使O板54的正面相位差值向变大的方向变化，则如图9所示，在将庞加莱球上的点A-点B之间连结的同一曲线上，从点A到点B的移动距离变长。另一方面，若使O板54的正面相位差值向变小的方向变化，则在将庞加莱球上的点A-点B之间连结的同一曲线上，从点A到点B的移动距离变短。
按照上述的原理，将红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的正面相位差值设定得大于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的正面相位差值。由此，如图10(B)所示，若以使得点C不超过轴S2而位于轴S2上的方式增大从点A到点B的移动距离，则从点D到点E的移动距离同样变大，能够使点E与点A一致。如此，能够充分抑制由于红色光用图像形成光学系统3R引起的黑浮起。
此外，将蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的正面相位差值设定为小于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的正面相位差值。由此，如图11(B)所示，若以使得点C位于轴S2上的方式减小从点A到点B的移动距离，则从点D到点E的移动距离同样变小，能够使点E与点A一致。如此，能够充分抑制由于蓝色光用图像形成光学系统3B引起的黑浮起。
根据本实施方式的投影机1，如以上所述，通过相对于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的正面相位差值，增大红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的正面相位差值，减小蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的正面相位差值，从而能够充分抑制由于所有图像形成光学系统3R、3G、3B引起的黑浮起，能够比以往提高对比度。
本发明人为了验证本实施方式的效果，进行了使O板的正面相位差值变化时的对比度变化的模拟。
作为模拟条件，设液晶光阀的单元厚度为2.4μm，液晶层的滞后(Δn·d)为0.29，液晶层的波长色散为1.08，液晶层的预倾角为4.5度，O板的波长色散为1.15。结果表示于表1。
表1
  红   绿   蓝
  正面相位差值(nm)   15.4   15.0   14.1
  滞相轴角度θ(°)   3   3   3
  正面相位差值相同时的CR(％)   99   100   91
  正面相位差值不同时的CR(％)   100   100   100
如表1所示，设O板的滞相轴相对于PBS的透射轴所成角度θ为3度时，将所有的图像形成光学系统中的O板的正面相位差值统一为15.0nm，则设绿色光用图像形成光学系统的对比度为100时，红色光用图像形成光学系统的对比度降低为99，蓝色光用图像形成光学系统的对比度降低为91。与此相对，若设红色光用图像形成光学系统中的O板的正面相位差值为15.4nm、绿色光用图像形成光学系统中的O板的正面相位差值为15.0nm、蓝色光用图像形成光学系统中的O板的正面相位差值为14.1nm，则能够在所有图像形成光学系统中使对比度为100。
[第2实施方式]
以下，使用图12～图14说明本发明的第2实施方式。
本实施方式的投影机的基本结构与第1实施方式相同，仅各图像形成光学系统的相位差补偿的方法与第1实施方式不同。因此，以下仅说明该不同部分。
在本实施方式中，各图像形成光学系统3R、3G、3B中的相位差补偿板12的O板54的滞相轴的方位角不同。在此，O板54的滞相轴的方位角是指O板54的滞相轴相对于PBS10的透射轴所成的角度，在以下的说明中简称为滞相轴角度。具体而言，红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的滞相轴角度设定为例如9.4度。绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度设定为例如9.1度。蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的滞相轴角度设定为例如8.5度。
例如，以绿色光为基准进行利用O板54的相位差补偿的最优化，使红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的滞相轴角度与绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度相一致。此时，如图13(A)所示，由于红的波长比绿的波长长和O板54的折射率各向异性上的波长色散这两者的影响重合，在庞加莱球上在O板54的作用下从点A移动到点B的移动距离，与绿色光相比变短。在液晶层33的作用下从点B移动到点C的移动距离及从点C移动到点D的移动距离与绿色光时相比变长。但是，由于未成为最优值，因此如图13(A)所示，点C的到达点不是最优值。并且，在O板54的作用下从点D移动到点E的移动距离与绿色光相比变短。结果，在红色光时，点E不返回到点A的位置。由此，在该状态下黑浮起未被抑制，显示的对比度降低。
另外，以下所示的图12～图14表示从轴S1的方向观察庞加莱球，将球表面投影到S2-S3平面上的圆。
此外，使蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的滞相轴角度与绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度一致。此时，如图14(A)所示，在庞加莱球上，在O板54的作用下从点A移动到点B的移动距离与绿色光时相比变长。接着，在液晶层33的作用下从点B移动到点C的移动距离及从点C移动到点D的移动距离与绿色光时相比变长。但是，由于未成为最优值，因此如图14(A)所示，点C的到达点不是最优值。接着，在O板54的作用下从点D移动到点E的移动距离与绿色光时相比变长。结果，蓝色光时，点E不返回到点A的位置。由此，在该状态下，黑浮起未被抑制，显示的对比度降低。
在此，若使O板54在面内旋转而使O板54的滞相轴角度向增大方向变化，则如图12所示，连结庞加莱球上的点A-点B之间的曲线及连结点D-点E之间的曲线变化为沿着轴S3方向伸长的形状。另一方面，若使O板54的滞相轴角度向变小的方向变化，则连结庞加莱球上的点A-点B之间的曲线及连结点D-点E之间的曲线变化为接近轴S2的方向(图12的横向)的形状。
按照上述的原理，将红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的滞相轴角度设定为大于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度。由此，如图13(B)所示，若以使得点C不超过轴S2、位于轴S2上的方式使连结点A-点B之间的曲线的形状及连结点D-点E之间的曲线的形状变化，则能够使点E与点A一致。如此，能够充分抑制由于红色光用图像形成光学系统3R引起的黑浮起。
此外，将蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的滞相轴角度设定为小于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度。由此，如图14(B)所示，若以使点C位于轴S2上的方式使连结点A-点B之间的曲线的形状及连结点D-点E之间的曲线的形状变化，则能够使点E与点A一致。如此，能够充分抑制由于蓝色光用图像形成光学系统3B引起的黑浮起。
根据本实施方式的投影机，如以上所述，通过相对于绿色光用图像形成光学系统3G中的O板54的滞相轴角度，增大地设定红色光用图像形成光学系统3R中的O板54的滞相轴角度、减小地设定蓝色光用图像形成光学系统3B中的O板54的滞相轴角度，从而能够充分抑制由所有图像形成光学系统3R、3G、3B引起的黑浮起，能够比以往提高对比度。在本实施方式中，不需要改变O板54的正面相位差值，因此可以在所有图像形成光学系统3R、3G、3B中使用同一相位差补偿板12。在将相位差补偿板12固定在壳体50时仅改变相位差补偿板12的角度(面内的旋转角度)即可，能容易实现。
本发明人为了验证本实施方式的效果，进行了使O板的滞相轴角度变化时的对比度变化的模拟。
作为模拟条件，设液晶光阀的单元厚度为2.4μm，液晶层的滞后(Δn·d)为0.29，液晶层的波长色散为1.08，液晶层的预倾角为4.5度，O板的波长色散为1.15。结果表示于表2。
表2
  红   绿   蓝
  正面相位差值   5   5   5
  滞相轴角度θ(°)   9.4   9.1   8.5
  滞相轴角度相同时的CR(％)   99   100   91
  滞相轴角度不同时的CR(％)   100   100   100
如表2所示，在使O板的正面相位差值为5nm恒定时，将所有图像形成光学系统中的O板的滞相轴角度统一为9.1度，则设绿色光用图像形成光学系统的对比度为100时，红色光用图像形成光学系统的对比度降低为99，蓝色光用图像形成光学系统的对比度降低为91。与此相对，若设红色光用图像形成光学系统中的O板的滞相轴角度为9.4度、绿色光用图像形成光学系统中的O板的滞相轴角度为9.1度、蓝色光用图像形成光学系统中的O板的滞相轴角度为8.5度，则能够在所有图像形成光学系统中使对比度为100。
另外，本发明的技术范围不限于上述实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内可加以各种变更。例如在上述第1实施方式中，仅使各图像形成光学系统中的O板的正面相位差值不同，在上述第2实施方式中仅使各图像形成光学系统中的O板的滞相轴角度不同。也可以组合这些结构，使各图像形成光学系统的O板的正面相位差值和滞相轴角度双方不同。根据该结构，即便在仅通过使O板的正面相位差值和滞相轴角度的任一方在实际可调整的范围内不同得不到充分的相位差补偿时，也能充分抑制黑浮起，提高对比度。
此外，在上述实施方式中，作为相位差补偿板12，使用了图5(a)所示结构的相位差补偿板，但也可以如图5(b)所示，使用在基板52的一个面形成C板(负的C板)53A、在另一面依次层叠C板(负的C板)53B和O板54而形成的相位差补偿板56。
此时，以使得C板(负的C板)53A和C板(负的C板)53B组合后的光学特性与图5(a)所示的C板53相同的方式，在基板52分别形成C板53A、C板53B。由此，能够将C板53A、C板53B视为1张C板53。另外，虽然未图示，也可以使用调换图5(b)的C板和O板、在基板52的一个面依次层叠C板和O板、并在另一面形成O板而成的相位差补偿板。此时，同样也使得夹着基板52的2张O板组合后的光学特性与图5(a)所示的O板54相同。
而且，可以取代在1张基板52形成C板53和O板54、将它们一体化而成的相位差补偿板12，而如图5(c)所示，使用在基板52A形成C板53、在另一基板52B形成O板54的相位差补偿板。即，可以将它们组合作为一个相位差补偿板57使用。
此外，关于投影机的各种构成部材的材料、形状、数量、配置等，不限于上述实施方式，可适当变更。

Claims (4)

1.一种投影机，其特征在于，包括：
照明装置，其射出不同色的多个色光；
多个液晶光阀，其调制所述多个色光的各个，为垂直取向模式的反射型液晶光阀；
相位差补偿板，其设于所述照明装置与各个所述液晶光阀之间，包括光轴沿着厚度方向、具有负单轴性折射率各向异性的第1相位差补偿层，和具有双轴性折射率各向异性的第2相位差补偿层；
色合成光学系统，其将由所述多个液晶光阀调制了的色光合成；和
投射光学系统，其将由所述色合成光学系统合成的光投射到被投射面上，
与所述多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值，不同于与其他液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值。
2.根据权利要求1所述的投影机，其特征在于，
所述多个液晶光阀是红色光调制用液晶光阀、绿色光调制用液晶光阀及蓝色光调制用液晶光阀，
与所述红色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值大于与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值，与所述蓝色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值小于与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的正面相位差值。
3.一种投影机，其特征在于，包括：
照明装置，其射出不同色的多个色光；
多个液晶光阀，其调制所述多个色光的各个，为垂直取向模式的反射型液晶光阀；
相位差补偿板，其设于所述照明装置与各个所述液晶光阀之间，包括光轴沿着厚度方向、具有负单轴性折射率各向异性的第1相位差补偿层，和具有双轴性折射率各向异性的第2相位差补偿层；
色合成光学系统，其将由所述多个液晶光阀调制了的色光合成；和
投射光学系统，其将由所述色合成光学系统合成的光投射到被投射面上，
与所述多个液晶光阀中的至少一个液晶光阀对应的所述相位差补偿板的在面内方位上的滞相轴的方位角，不同于与其他液晶光阀对应的所述相位差补偿板的在面内方位上的滞相轴的方位角。
4.根据权利要求3所述的投影机，其特征在于，
所述多个液晶光阀是红色光调制用液晶光阀、绿色光调制用液晶光阀及蓝色光调制用液晶光阀，
在所述照明装置与所述相位差补偿板之间设有具有预定的透射轴的偏振分束器，
与所述红色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度，比与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度大，与所述蓝色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度，比与所述绿色光调制用液晶光阀对应的所述相位差补偿板的所述滞相轴和所述透射轴所成的角度小。
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