JP2007256461A - 変調装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】容易にかつ低コストで高コントラストの表示画像を表示可能とする。
【解決手段】照明光Ｌのｐ偏光を透過するとともにｓ偏光を上記ｐ偏光の入射方向と異なる方向に反射する偏光選択性反射部３と、入射する直線偏光の偏光面を４５°回転させるファラデー回転素子４と、該ファラデー回転素子４から射出された直線偏光を再び上記ファラデー回転素子４に反射する反射部７と、該反射部７と上記ファラデー回転素子４との間に設置される透過型の上記光変調素子５とを備え、上記照明光Ｌが、上記偏光変換素子、上記偏光選択性反射部、上記ファラデー回転素子、上記光変調素子、上記反射部、上記光変調素子、上記ファラデー回転素子、上記偏光選択性反射部の順に導光される。
【選択図】図１

Description

本発明は、変調装置及びプロジェクタに関するものである。

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、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１〜１０^２［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^−２〜１０^４［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。

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。しかし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に、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）、例えばWINDOWS（登録商標）-Vista（登録商標）に搭載されるWCS(Windows（登録商標） Color 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実現への要求が高まると予想される。

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、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。

高ダイナミックレンジのディスプレイ装置として、光源からの照明光を光路上に直列配置された２つの光変調素子によって二重変調することによって、コントラスト比を向上させる、いわゆるＨＤＲ（High Dynamic Range）ディスプレイが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２９９２８５号公報

しかしながら、上述のような構成を採用するには、２つの光変調素子を高いアライメント精度で設置する必要がある。仮に、２つの光変調素子のアライメント精度が低いと、表示画像にモアレが発生し、画質の低下を招く。
また、２つの光変調素子を設置する必要があるため、プロジェクタの製造コストが高くなるという課題が生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、容易にかつ低コストで高コントラストの表示画像を表示可能な変調装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の変調装置は、所定の第１偏光面にて振動する第１直線偏光を透過するとともに前記第１偏光面と交差する第２偏光面にて振動する第２直線偏光を前記第１直線偏光の入射方向と異なる方向に反射する偏光選択性反射部と、入射する直線偏光の偏光面を前記第１偏光面と前記第２偏光面との交差角の半分回転させるファラデー回転素子と、該ファラデー回転素子から射出された直線偏光を再び前記ファラデー回転素子に反射する反射部と、該反射部と前記ファラデー回転素子との間に設置される透過型の第１の光変調素子とを備え、入射する照明光は、前記偏光選択性反射部、前記ファラデー回転素子、前記光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子、前記偏光選択性反射部の順に導光されることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の変調装置によれば、照明光は、光変調素子において変調された後に反射部で反射され再び同一の光変調素子によって変調される。すなわち、単一の光変調素子によって照明光を二重変調することができる。
また本発明の変調装置によれば、第１直線偏光として偏光選択性反射部を透過した照明光は、ファラデー回転素子に入射することによって、第１偏光面と第２偏光面との交差角の半分回転される。そして、この照明光は、反射された後に再びファラデー回転素子に入射することによって、再度第１偏光面と第２偏光面との交差角の半分回転されて偏光選択性反射部に入射する。すなわち、第１直線偏光として偏光選択性反射部を透過した照明光は、ファラデー回転素子によって２度回転されることで、第２直接偏光となって偏光選択性反射部に戻る。このため、光変調素子によって二重変調された照明光を容易に取り出すことができる。
このように本発明の変調装置によれば、単一の光変調素子によって照明光が二重変調可能であるとともに、ファラデー回転素子によって二重変調された照明光を容易に取り出すことができる。したがって、このような変調装置を用いることによって、容易にかつ低コストで高コントラストの表示画像を表示することが可能となる。
なお、特開２００２−６３９３号公報、特開２００２−４９００３号公報及び特開２００３−２４８２２０号公報には、ファラデー回転素子を備えるプロジェクタが記載されている。しかしながら、特開２００２−６３９３号公報及び特開２００２−４９００３号公報に記載されているプロジェクタはファラデー回転素子を光変調素子として用いるものであり、特開２００３−２４８２２０号公報に記載されているプロジェクタはファラデー回転素子によって装置の小型、軽量及び低コスト化を図るものである。したがって、これらの特許公報に記載されたプロジェクタにおいては、ファラデー回転素子によって高コントラストの表示画像を得ることはできない。

また、本発明の変調装置においては、入射する照明光を第１照明光と第２照明光とに分光する分光部と、前記分光部を射出した前記第２照明光を導光する導光部と、前記第２の照明光を変調する第２の光変調装置とをさらに備え、前記第１照明光が、前記偏光選択性反射部、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子、前記偏光選択性反射部の順に導光され、前記第２照明光は、前記導光部、前記第２の光変調素子、前記偏光選択性反射部の順に導光され、前記偏光選択性反射部により、前記第１の光変調素子により変調された光と前記第２の光変調素子により変調された光とは合成されるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、分光部によって分光された照明光の一部（第１照明光）のみを二重変調することができる。例えば、白色の照明光を、緑色照明光と紫色照明光とに分離して緑色照明光のみを二重変調し、紫色照明光を一重変調（１度のみの変調）することによって、最も人間の視感特性が高い色の照明光のみが二重変調されるとともに、紫色照明光の光量低下を抑止することができる。よって、表示画像の明るさを確保しつつ高コントラストの表示画像を効率的に表示することが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、前記偏光選択性反射部を射出した照明光を複数色の照明光に分光するとともに入射される前記複数色の照明光を合成する分光合成部をさらに備え、前記複数色の照明光の各々に対して、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子及び前記反射部が設置され、前記複数色の照明光の各々は、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子の順に導光された後に、前記分光合成部により合成されるという構成を採用することもできる。
このような構成を採用することによって、複数の照明光が、照明光ごとに設置された第１の光変調素子において、各々二重変調された後に合成される。このため、高コントラストでかつ高解像度の画像を表示することが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、前記照明光が赤色照明光と緑色照明光と青色照明光とによって構成されており、入射される前記赤色照明光と入射される前記緑色照明光と入射される前記青色照明光とを合成する色合成部をさらに備え、前記赤色照明光と前記緑色照明光と前記青色照明光との各々に対して、少なくとも前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子及び前記反射部が設置され、各赤色照明光と緑色照明光と青色照明光とは、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子の順に導光された後に、前記色合成部により合成されるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、赤色照明光と緑色照明光と青色照明光との各々が二重変調することが可能となるとともに、フルカラーの画像を表示することが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、上記光変調素子と上記反射部との間に両側テレセントリックレンズを設置し、上記両側テレセントリックレンズの共役面に上記光変調素子の変調面と上記反射部の反射面とが配置されているという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、光変調素子と反射部との間における照明光の伝達を確実に行うことが可能となる。また、反射部の反射面を平面にすることが可能となるため、容易に反射部を形成することが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、上記光変調素子が複数のスイッチング素子を備える透過型液晶ライトバルブである場合に、上記透過型液晶ライトバルブの上記反射部側の表面に、上記スイッチング素子に上記照明光が照射されることを抑止する遮光層が形成されているという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、反射部側から透過型液晶ライトバルブのスイッチング素子に照明光が照射されることが抑止されるため、透過型液晶ライトバルブの誤作動を抑止することが可能となる。
なお、ファラデー回転素子側に、遮光層を形成しても良い。

次に、本発明のプロジェクタは、変調装置から射出される照明光を投射手段によって表示面に拡大投射するプロジェクタであって、上記変調装置として本発明の変調装置を用いることを特徴とする。
本発明の変調装置を用いれば、容易にかつ低コストで高コントラストの表示画像を表示することが可能であるため、このような本発明の変調装置を備えるプロジェクタによれば、容易にかつ低コストで高コントラストの表示画像を表示することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る変調装置及びプロジェクタの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、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。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態のプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタＰＪ１は、光源装置１、偏光変換素子２、偏光ビームスプリッタ３（偏光選択性反射部）、ファラデー回転素子４、液晶ライトバルブ５（光変調素子）、リレーレンズ６（両側テレセントリックレンズ）、反射部７及び投射レンズ８を備えている。
なお、図１において、紙面の左から右をｘ方向、紙面の下から上をｙ方向、紙面奥から手前をｚ方向とする。

光源装置１は、白色光の照明光Ｌを射出する光源１１と、光源１１から射出された照明光Ｌを偏光変換素子２方向に導光するリフレクタ１２とから構成されている。
光源１１としては、超高圧水銀ランプや白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等を用いることができる。

偏光変換素子２は、光源装置１の後段に設置されており、光源装置１側から入射された照明光を直線偏光（第１直線偏光）に変換するものである。本実施形態においては、偏光変換素子２は、ｘ−ｙ平面（第１偏光面）にてｙ方向に振動するｐ偏光に照明光Ｌを変換する。

偏光ビームスプリッタ３は、偏光変換素子２の後段に設置されており、偏光変換素子２側から入射されるｐ偏光を透過するとともに、入射するｓ偏光（ｘ−ｚ平面（第２偏光面）にてｚ方向に振動する直線偏光）をｙ方向に反射するものである。

ファラデー回転素子４は、偏光ビームスプリッタ３のｘ方向側の後段に設置されており、入射する直線偏光の偏光面を偏光変換素子２側から見て右回りに４５°（ｐ偏光の偏光面とｓ偏光の偏光面との交差角（９０°）の半分）回転させて出射するものである。このようなファラデー回転素子４は、例えば、ガーネット単結晶膜と該ガーネット単結晶膜に磁場を印加する磁石とによって形成することができる。
なお、このファラデー回転素子４は、直線偏光がｘ方向あるいは−ｘ方向のいずれから入射された場合であっても、入射した直線偏光の偏光面を偏光変換素子２側から見て右回りに４５°回転させる特性を有している。

液晶ライトバルブ５は透過型の光変調素子であり、ファラデー回転素子４の後段に設置されている。この液晶ライトバルブ５は、変調面にマトリックス上に配置される複数の画素を備えており、外部からの画像信号に基づいて各画素が駆動されることによって、照明光を輝度変調して射出するものである。
なお、液晶ライトバルブ５は、図２に示すように、液晶部５１を２枚の偏光板５２，５３で挟み込んだ構成を有している。そして、ファラデー回転素子４側の偏光板５２は、ｐ偏光の偏光面（ｘ−ｙ平面）をｘ軸回りに右回りに４５°回転した偏光面において振動する直線偏光が透過可能とされている。すなわち、ファラデー回転素子４側の偏光板５２は、ｐ偏光の偏光面（ｘ−ｙ平面）をｘ軸回りに右回りに４５°回転した偏光軸を有している。また、他方の偏光板５３は、ファラデー回転素子４側の偏光板５２の透過軸と直交する透過軸を有している。
また、図３に示すように、液晶部５１は、液晶層５１１を２枚のガラス基板５１２，５１３で挟み込んだ構成を有している。そして、ガラス基板５１２の表面側とガラス基板５１３の表面側とには、遮光層５４が形成されている。この遮光層５４は、液晶ライトバルブ５のスイッチング素子の形成部位に対応してパターニングされている。そして、この遮光層５４によって照明光Ｌがスイッチング素子に照射されることを抑止し、液晶ライトバルブ５が誤作動することを抑止することができる。なお、ガラス基板５１２，５１３の表面側のみでなく、例えば、スイッチング素子の直下に遮光層を形成し、この遮光層によってさらにスイッチング素子に照明光Ｌが照射されることを抑止しても良い。

リレーレンズ６は、液晶ライトバルブ５の後段に設置されており、液晶ライトバルブ５と該リレーレンズ６との後段に設置される反射部７との間において照明光Ｌを導光するものである。このリレーレンズ６は、両側テレセントリックのレンズである。
そして、液晶ライトバルブ５の変調面と反射部７の反射面７１とがリレーレンズ６の共役面に設置されている。

投射レンズ８は、偏光ビームスプリッタ３のｙ方向側の後段に設置されており、偏光ビームスプリッタ３側から入射された照明光Ｌをスクリーン９に向けて拡大投射するものである。
スクリーン９は、投射レンズ８から投射される照明光Ｌを表面９１に画像を結像させて表示するものである。表面９１は、反射光を散乱させることで視角依存性を軽減する。これによって、観察位置によらず、輝度の低下の少ない映像を鑑賞することができる。

次に、このように構成された本実施形態のプロジェクタＰＪ１の動作について説明する。

光源装置１の光源１１から射出された照明光Ｌは、リフレクタ１２によって偏光変換素子２に向けて射出される。
光源装置１から射出された照明光Ｌは、偏光変換素子２によって、ｐ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ３に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ３は、ｐ偏光を透過するものである。このため、偏光変換素子２から偏光ビームスプリッタ３に入射した照明光Ｌは、偏光ビームスプリッタ３を透過してファラデー回転素子４に入射する。

ファラデー回転素子４は、直線偏光の偏光面を偏光変換素子２側から見てｘ軸回りに右回りに４５°回転させるものであるため、ファラデー回転素子４に入射した照明光Ｌは、その偏光面を偏光変換素子２側から見て右回りに４５°回転されて射出される。

偏光変換素子２側からファラデー回転素子４に入射して射出された照明光Ｌは、液晶ライトバルブ５に入射する。液晶ライトバルブのファラデー回転素子４側の偏光板は、ｐ偏光の偏光面に対してｘ軸回りに右回りに４５°回転した偏光面において振動する直線偏光が透過可能とされている。このため、液晶ライトバルブ５に入射した照明光Ｌは、ファラデー回転素子４側の偏光板を通過して液晶部５１に入射する。そして、この液晶部５１において偏光面が９０°回転された照明光が、液晶ライトバルブ５のリレーレンズ６側の偏光板を通過して液晶ライトバルブ５から射出される。照明光Ｌは、このような液晶ライトバルブ５を通過する過程において、輝度変調される。

ファラデー回転素子４側から液晶ライトバルブ５に入射して射出された照明光Ｌは、リレーレンズ６に入射する。リレーレンズ６は、両側テレセントリックレンズである。このため、リレーレンズ６に平行光として入射された照明光Ｌは、平行性が保たれた状態で反射部７に導光される。

反射部７に導光された照明光Ｌは、反射部７の反射面７１において反射されることによって、再びリレーレンズ６に入射する。
反射部７側からリレーレンズ６に入射した照明光Ｌは、平行性が保たれた状態で液晶ライトバルブ５に再び入射される。なお、リレーレンズ６側から液晶ライトバルブ５に入射する照明光Ｌの偏光面は、液晶ライトバルブ５から射出される照明光Ｌと同じに維持されている。このため、再び液晶ライトバルブ５に入射する照明光Ｌは、液晶ライトバルブ５のリレーレンズ６側の偏光板を通過して液晶部５１に入射する。そして、照明光Ｌは、液晶部５１において再び偏光面が９０°回転されて、ファラデー回転素子４側の偏光板を通過して射出される。そして、リレーレンズ６側から液晶ライトバルブ５に再び入射した照明光Ｌは、液晶ライトバルブ５を通過する過程において、再度輝度変調される。
なお、本実施形態においては、照明光Ｌがファラデー回転素子４側から液晶ライトバルブ５に入射した後、リレーレンズ６側から再度液晶ライトバルブ５に入射するまでの間、液晶部５１の状態が維持される。

リレーレンズ６側から液晶ライトバルブ５に入射して射出された照明光Ｌは、再びファラデー回転素子４に入射する。ここで、ファラデー回転素子４は、入射方向にかかわらず、入射した直線偏光の偏光面を偏光変換素子２から見てｘ軸回りに右回りに４５°回転するものである。このため、液晶ライトバルブ５側からファラデー回転素子４に入射した照明光Ｌは、ファラデー回転素子４によって、その偏光面を偏光変換素子２から見て右回りに４５°回転される。液晶ライトバルブ５からファラデー回転素子４側に射出される照明光Ｌの偏光面は、ｐ偏光の偏光面に対してｘ軸回りに右回りに４５°回転した偏光面において振動する直線偏光である。したがって、液晶ライトバルブ５側からファラデー回転素子４に入射した照明光Ｌは、最初のｐ偏光の偏光面に対して右回りに９０°回転した偏光面において振動する直線偏光、すなわちｓ偏光に変換される。

液晶ライトバルブ５側からファラデー回転素子４に入射して射出された照明光Ｌは、再び偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３は、ファラデー回転素子４側から入射するｓ偏光をｙ方向に反射するものである。このため、ファラデー回転素子４側から偏光ビームスプリッタ３に入射した照明光Ｌは、投射レンズ８側（ｙ方向）に反射される。

偏光ビームスプリッタ３によって投射レンズ８側に反射された照明光Ｌは、投射レンズ８に入射する。そして、投射レンズ８によってスクリーン９に向けて拡大投射される。照明光Ｌは、スクリーン９に向けて拡大投射され、スクリーン９の表面９１において結像する。この結果、スクリーン９の表面９１に画像が表示される。

このように、本実施形態のプロジェクタＰＪ１においては、照明光Ｌが、偏光変換素子２、偏光ビームスプリッタ３、ファラデー回転素子４、液晶ライトバルブ５、リレーレンズ６、反射部７、リレーレンズ６、液晶ライトバルブ５、ファラデー回転素子４、偏光ビームスプリッタ３の順に導光される。そして、照明光Ｌは、液晶ライトバルブ５において１度変調された後に反射部７で反射され再び液晶ライトバルブ５によって再度変調される。すなわち、本実施形態のプロジェクタＰＪ１においては、単一の液晶ライトバルブ５によって照明光Ｌを二重変調することができる。
また本実施形態のプロジェクタＰＪ１によれば、ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ３を透過した照明光Ｌは、ファラデー回転素子４に入射することによって、ｘ軸回りに第１偏光面（ｘ−ｙ平面）と第２偏光面（ｘ−ｚ平面）との交差角（９０°）の半分の角度（４５°）回転される。そして、この照明光Ｌは、反射された後に再びファラデー回転素子４に入射することによって、再度ｘ軸回りに第１偏光面と第２偏光面との交差角の半分の角度（４５°）回転されて偏光ビームスプリッタ３に入射する。すなわち、ｐ偏光として偏光ビームスプリッタ３を透過した照明光Ｌは、ファラデー回転素子４によって２度ｘ軸回りに各４５°回転されることで、ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ３に戻る。そして、ｓ偏光とされた照明光Ｌは、偏光ビームスプリッタ３によって投射レンズ８側に反射される。
このような本実施形態のプロジェクタＰＪ１によれば、単一の液晶ライトバルブ５によって照明光Ｌが二重変調可能であるとともに、ファラデー回転素子４によって二重変調された照明光Ｌを容易に投射レンズ８に導光することができる。したがって、容易にかつ低コストで高コントラストの画像を表示することが可能となる。

また、本実施形態のプロジェクタＰＪ１においては、リレーレンズ６として両側テレセントリックレンズを用いている。このため、反射部７の反射面７１を平面とすることができ、反射部７を容易に形成することができる。また、リレーレンズ６の共役面に、液晶ライトバルブ５の液晶面と反射部７の反射面７１とが設置されているため、リレーレンズ６と反射部７を通過した戻り照明光Ｌを、液晶ライトバルブ５の像が再び液晶ライトバルブ５上において等倍結像するように伝達することが可能となる。
なお、液晶ライトバルブ５によって照明光Ｌを二重変調するためには、液晶ライトバルブ５の任意の位置から反射部７に向けて射出された照明光Ｌが、反射部７に反射された後に再び液晶ライトバルブ５の前記任意の位置に戻ってくれば良い。このため、リレーレンズ６は、必ずしも両側テレセントリックレンズである必要はない。例えば、リレーレンズ６の反射部７側において主光線が発散する（広がる）特性である場合、反射部７の反射面７１の形状をリレーレンズ６側に向いた凹面にすることによって、液晶ライトバルブ５から射出した光線が再び射出位置に戻るようにすることができる。また、リレーレンズ６としてセルフォックレンズアレイを設置することも可能である。

なお、本実施形態においては、液晶ライトバルブ５の偏光板５３は、ファラデー回転素子４側の偏光板５２の透過軸と直交する透過軸を有しているものとした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光板５３の透過軸を偏光板５２の透過軸と平行にすることもできる。この場合には、液晶部５１によって偏光面が回転されない照明光Ｌが液晶ライトバルブ５から射出されることととなるが、リレーレンズ６側から液晶ライトバルブ５に入射する照明光Ｌの偏光面は、液晶ライトバルブ５から射出される照明光Ｌと同じに維持される。このため、再び液晶ライトバルブ５に入射する照明光Ｌは、液晶ライトバルブ５のリレーレンズ６側の偏光板５２を通過して液晶部５１に入射することができる。

なお、本実施形態において、本発明の変調装置は、光源装置１、偏光変換素子２、偏光ビームスプリッタ３（偏光選択性反射部）、ファラデー回転素子４、液晶ライトバルブ５（光変調素子）、リレーレンズ６（両側テレセントリックレンズ）及び反射部７によって構成されている。
また、液晶ライトバルブ５のファラデー回転素子４側あるいはその反対側に液晶ライトバルブ５の表示画素に対応したＲ，Ｇ，Ｂの三原色の着色画素部を有するカラーフィルタを配置することで、フルカラー表示を実現することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態のプロジェクタＰＪ２が備える光学系の概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタＰＪ２は、偏光変換素子２と偏光ビームスプリッタ３との間にダイクロイックプリズム１０（分光部）が設置されている。

ダイクロイックプリズム１０は、光源装置１からの照明光Ｌを緑色照明光Ｌ１（第１照明光）と紫色照明光Ｌ２（第２照明光）とに分離（分光）するものであり、照明光Ｌのうち緑色照明光成分を透過しかつ照明光Ｌのうち紫色照明光成分を−ｙ方向に反射する。

ダイクロイックプリズム１０の−ｙ方向には、反射鏡１０１，１０２（導光部）が設置されている。これらの反射鏡１０１，１０２によって、ダイクロイックプリズム１０から射出された紫色照明光Ｌ２が−ｙ方向から偏光ビームスプリッタ３に入射するように導光される。

また、偏光ビームスプリッタ３の−ｙ側には紫色照明光Ｌ２を変調する液晶ライトバルブ２０（第２の光変調素子）が設置されている。
液晶ライトバルブ２０は、反射鏡１０２側から入射される紫色照明光Ｌ２を色変調及び輝度変調して偏光ビームスプリッタ３側に射出するものである。

なお、液晶ライトバルブ２０に入射される紫色照明光Ｌ２は、照明光Ｌから分離された光であるため、ｐ偏光である。ここで、例えば液晶ライトバルブ２０がＴＮ（Twist Nematic）型でかつノーマリーホワイトで駆動される液晶ライトバルブである場合には、液晶ライトバルブ２０から射出される紫色照明光Ｌ２はｓ偏光となる。偏光ビームスプリッタ３は、ｓ偏光を反射するものであるため、紫色照明光Ｌ２がｓ偏光である場合には、紫色照明光Ｌ２が反射されてしまい投射レンズ８に導光することができなくなる。そこで、液晶ライトバルブ２０から射出される紫色照明光Ｌ２がｓ偏光である場合に、液晶ライトバルブ２０と偏光ビームスプリッタ３との間にλ／２波長板を設置して、紫色照明光Ｌ２をｐ偏光に変換する必要がある。

このように本実施形態のプロジェクタＰＪ２においては、紫色照明光Ｌ２は、液晶ライトバルブ２０において１度のみ変調（一重変調）される。一方、緑色照明光Ｌ１は、ファラデー回転素子４、液晶ライトバルブ５、リレーレンズ６、反射部７、リレーレンズ６、液晶ライトバルブ５及びファラデー回転素子４の順に導光されることによって、二重変調される。
そして、二重変調された緑色照明光Ｌ１と一重変調された紫色照明光Ｌ２とが偏光ビームスプリッタ３によって同一方向に射出されることによって合成された後、投射レンズ８を介してスクリーン９に向けて拡大投射される。

このような本実施形態のプロジェクタＰＪ２によれば、最も人間の視感特性が高い色の照明光（緑色照明光Ｌ１）が他の色光とは分離されて二重変調される。よって、最も人間の視感特性が高い色の照明光（緑色照明光Ｌ１）の解像度を高くさらに高コントラストであるため、第１実施形態に比べて、同等のコントラスト感を有し、かつ、より解像度が高い表示が可能となる。
なお、紫色照明光Ｌ２を変調するのは透過型の液晶ライトバルブでなくても良く、例えば反射型の液晶ライトバルブやＤＬＰ（商標）を用いることもできる。
また、液晶ライトバルブ２０の光入射側もしくは射出側に液晶ライトバルブ２０の表示画素に対応したＲ，Ｂの着色画素部を有するカラーフィルタを配置することで、フルカラー表示を実現することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図５は、本実施形態のプロジェクタＰＪ３が備える光学系の概略構成図である。この図に示すように、本実施形態のプロジェクタＰＪ３は、偏光ビームスプリッタ３とファラデー回転素子４との間にクロスダイクロイックプリズム３０（分光合成部）が設置されている。

クロスダイクロイックプリズム３０は、偏光変換素子２によってｐ偏光とされた照明光Ｌを緑色照明光Ｌ１（第１照明光）と紫色照明光Ｌ２（第２照明光）とに分離するものであり、照明光Ｌのうち緑色照明光成分を透過しかつ照明光Ｌのうち紫色照明光成分を−ｙ方向に反射する。

クロスダイクロイックプリズム３０のｘ方向には、緑色照明光Ｌ１用のファラデー回転素子４Ｌ１、液晶ライトバルブ５Ｌ１、リレーレンズ６Ｌ１及び反射部７Ｌ１が配列されている。また、クロスダイクロイックプリズム３０の−ｙ方向には、紫色照明光Ｌ２用のファラデー回転素子４Ｌ２、液晶ライトバルブ５Ｌ２、リレーレンズ６Ｌ２及び反射部７Ｌ２が配列されている。すなわち、本実施形態のプロジェクタＰＪ３では、緑色照明光Ｌ１に対して備えられたファラデー回転素子４Ｌ１、液晶ライトバルブ５Ｌ１、リレーレンズ６Ｌ１及び反射部７Ｌ１と別つに紫色照明光Ｌ２に対するファラデー回転素子４Ｌ２、液晶ライトバルブ５Ｌ２、リレーレンズ６Ｌ２及び反射部７Ｌ２が備えられている。

このように構成された本実施形態のプロジェクタＰＪ３においては、緑色照明光Ｌ１がファラデー回転素子４Ｌ１、液晶ライトバルブ５Ｌ１、リレーレンズ６Ｌ１、反射部７Ｌ１、リレーレンズ６Ｌ１、液晶ライトバルブ５Ｌ１及びファラデー回転素子４Ｌ１の順に導光されることによって二重変調される。
一方、紫色照明光Ｌ２がファラデー回転素子４Ｌ２、液晶ライトバルブ５Ｌ２、リレーレンズ６Ｌ２、反射部７Ｌ２、リレーレンズ６Ｌ２、液晶ライトバルブ５Ｌ２及びファラデー回転素子４Ｌ２の順に導光されることによって二重変調される。
そして、各々二重変調された緑色照明光Ｌ１と紫色照明光Ｌ２とは、クロスダイクロイックプリズム３０において合成されて偏光ビームスプリッタ３に入射される。

このような本実施形態のプロジェクタＰＪ３によれば、照明光Ｌから分離された緑色照明光Ｌ１と紫色照明光Ｌ２との各々が二重変調される。このため、表示画像の高いコントラストを維持しつつ、より解像度の高い画像を表示することが可能となる。
また、液晶ライトバルブ５Ｌ２のファラデー回転素子４Ｌ２側もしくは射出側に液晶ライトバルブ５Ｌ２の表示画素を対応したＲ，Ｂの着色画素部を有するカラーフィルタを配置することで、フルカラー表示を実現することができる。

なお、図６に示すように、クロスダイクロイックプリズム３０の替わりに、照明光Ｌを赤色照明光Ｌ３、緑色照明光Ｌ１及び青色照明光Ｌ４に分離するダイクロイックプリズム４０を設置し、各色の照明光の各々に対してファラデー回転素子４Ｌ１，４Ｌ３，４Ｌ４、液晶ライトバルブ５Ｌ１，５Ｌ３，５Ｌ４、リレーレンズ６Ｌ１，６Ｌ３，６Ｌ４、反射部７Ｌ１，７Ｌ３，７Ｌ４を備える構成としても良い。
このような構成を採用することによって、各色の照明光が二重変調されるため、表示画像の高いコントラストを維持しつつ、さらに解像度の高いフルカラー画像を表示することが可能となる。

なお、図６に示すプロジェクタにおいては、白色光である照明光を赤色照明光、緑色照明光及び青色照明光に分離した後に各色の照明光を二重変調し、その後、各色の照明光を合成している。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、赤色照明光を射出する光源装置と、緑色照明光を射出する光源装置と、青色照明光を射出する光源装置とを備え、各光源装置から射出される照明光を二重変調した後に合成する構成を採用することもできる。
このような構成を採用する場合には、赤色照明光を射出する光源装置を備える変調装置と、緑色照明光を射出する光源装置を備える変調装置と、青色照明光を射出する光源装置を備える変調装置と、３つの変調装置において射出された照明光を合成するダイクロイックプリズとを備えれば良い。
なお、上記構成において、３つの変調装置の全てにおいて必ずしも照明光を二重変調する必要はなく、例えば、１つあるいは２つの変調装置は照明光を一重変調するものであっても構わない。この場合、一重変調する変調装置が備える光変調素子は、透過型の液晶ライトバルブに限られない。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る変調装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、偏光変換素子２において照明光をｐ偏光とし、偏光ビームスプリッタ３がｐ偏光を透過しｓ偏光を反射する構成とした。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、偏光変換素子において照明光ｓ偏光とし、偏光ビームスプリッタ３がｓ偏光を透過しｐ偏光を反射する構成とすることもできる。
また、偏光変換素子２を設置しない構成も可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の偏光選択性反射部として偏光ビームスプリッタを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光選択性反射部として偏光選択性を有するホログラムを用いることもできる。

また、例えば、液晶ライトバルブの大きさに応じたファラデー回転素子を形成することが困難である場合には、形成可能な小型のファラデー回転素子に応じた光束幅に照明光を絞り、ファラデー回転素子を通過した照明光の幅をビームエキスパンダ等によって液晶ライトバルブの大きさに合わせて変化させる構成を採用することもできる。

また、上記実施形態においては、投射手段として投射レンズを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、投射手段として投射ミラーを用いることもできる。

また、例えば、上記実施形態のスクリーンを筐体の一部に露出して設置し、上記実施形態の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。

本発明の第１実施形態であるプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。 本発明の第１実施形態であるプロジェクタが備える液晶ライトバルブを模式的に示した図である。 図２の液晶ライトバルブが備える液晶部を模式的に示した図である。 本発明の第２実施形態であるプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。 本発明の第３実施形態であるプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。 本発明の第３実施形態であるプロジェクタの変形例を示す図である。

符号の説明

ＰＪ１〜ＰＪ３……プロジェクタ、１……光源装置、２……偏光変換素子、３……偏光ビームスプリッタ（偏光選択性反射部）、４……ファラデー回転素子、５……液晶ライトバルブ（光変調素子）、６……リレーレンズ、７……反射部、８……投射レンズ（投射手段）、９……スクリーン、１０……ダイクロイックプリズム（分光部）、３０……クロスダイクロイックプリズム（分光合成部）、５４……遮光層、Ｌ……照明光、Ｌ１……緑色照明光（第１照明光）、Ｌ２……紫色照明光（第２照明光）、Ｌ３……赤色照明光、Ｌ４……青色照明光

Claims (7)

1. 所定の第１偏光面にて振動する第１直線偏光を透過するとともに前記第１偏光面と交差する第２偏光面にて振動する第２直線偏光を前記第１直線偏光の入射方向と異なる方向に反射する偏光選択性反射部と、
   入射する直線偏光の偏光面を前記第１偏光面と前記第２偏光面との交差角の半分回転させるファラデー回転素子と、
   該ファラデー回転素子から射出された直線偏光を再び前記ファラデー回転素子に反射する反射部と、
   該反射部と前記ファラデー回転素子との間に設置される透過型の第１の光変調素子とを備え、
   入射する照明光は、前記偏光選択性反射部、前記ファラデー回転素子、前記光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子、前記偏光選択性反射部の順に導光される
   ことを特徴とする変調装置。
2. 入射する照明光を第１照明光と第２照明光とに分光する分光部と、前記分光部を射出した前記第２照明光を導光する導光部と、前記第２の照明光を変調する第２の光変調装置とをさらに備え、
   前記第１照明光は、前記偏光選択性反射部、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子、前記偏光選択性反射部の順に導光され、
   前記第２照明光は、前記導光部、前記第２の光変調素子、前記偏光選択性反射部の順に導光され、
   前記偏光選択性反射部により、前記第１の光変調素子により変調された光と前記第２の光変調素子により変調された光とは合成される
   ことを特徴とする請求項１記載の変調装置。
3. 前記偏光選択性反射部を射出した照明光を複数色の照明光に分光するとともに入射される前記複数色の照明光を合成する分光合成部をさらに備え、
   前記複数色の照明光の各々に対して、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子及び前記反射部が設置され、
   前記複数色の照明光の各々は、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子の順に導光された後に、前記分光合成部により合成される
   ことを特徴とする請求項１記載の変調装置。
4. 前記照明光が赤色照明光と緑色照明光と青色照明光とによって構成されており、入射される前記赤色照明光と入射される前記緑色照明光と入射される前記青色照明光とを合成する色合成部をさらに備え、
   前記赤色照明光と前記緑色照明光と前記青色照明光との各々に対して、少なくとも前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子及び前記反射部が設置され、
   各赤色照明光と緑色照明光と青色照明光とは、前記ファラデー回転素子、前記第１の光変調素子、前記反射部、前記第１の光変調素子、前記ファラデー回転素子の順に導光された後に、前記色合成部により合成される
   ことを特徴とする請求項１記載の変調装置。
5. 前記第１の光変調素子と前記反射部との間に両側テレセントリックレンズを設置し、前記両側テレセントリックレンズの共役面に前記第１の光変調素子の変調面と前記反射部の反射面とが配置されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の変調装置。
6. 前記第１の光変調素子が複数のスイッチング素子を備える透過型液晶ライトバルブである場合に、前記透過型液晶ライトバルブの前記反射部側の表面に、前記スイッチング素子に前記照明光が照射されることを抑止する遮光層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の変調装置。
7. 光源部と、前記光源部から射出された光を変調する変調装置と、前記変調装置により変調された光を投射手段によって表示面に拡大投射するプロジェクタであって、
   前記変調装置として請求項１〜６いずれかに記載の変調装置を用いることを特徴とするプロジェクタ。
   
   
   

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