JP2012189930A - プロジェクター - Google Patents

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Abstract

【課題】プロジェクターのコントラスト比を向上させる。
【解決手段】プロジェクター１は、第１の光（緑色光Ｌ２）を射出する照明光学系２と、照明光学系２から射出された第１の光を変調する反射型の第１の液晶パネル２７と、第１の液晶パネル２７で変調されて反射した光が入射する位置に配置され、第１の液晶パネル２７の光射出面２７Ａと略平行に伸びる複数の金属線を有し、第１の液晶パネル２７の光射出面２７Ａの法線方向に対して、３７°以上４５°未満の角度で傾斜した第１のワイヤーグリッド素子２６と、第１の液晶パネル２７によって変調されて第１のワイヤーグリッド素子２６で反射した第１の光を投写する投写光学系７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関する。
従来から、液晶プロジェクターの１つとして反射型のプロジェクターが知られている。反射型のプロジェクターは、例えば照明光学系、偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳという）、反射型の液晶パネル、及び投写光学系により構成される。照明光学系から射出された光は、ＰＢＳを経由して液晶パネルに入射する。ＰＢＳは、通常は液晶パネルの法線方向と４５°の角度をなして配置される。液晶パネルに入射した光は、変調されるとともに液晶パネルで反射する。液晶パネルで反射した光は、ＰＢＳに再度入射して、画像を示す偏光と反転画像を示す偏光とに分離される。画像を示す偏光が投写光学系によりスクリーン等に投写されることにより、画像が表示される。
従来のＰＢＳは、直角プリズムの斜面に誘電体多層膜をコーティングした２つのプリズムを、互いの斜面で接着したものである。近年、従来のＰＢＳよりも偏光分離機能の入射角依存性が小さいワイヤーグリッド素子が採用されるようになり、反射型のプロジェクターのコントラスト比が大幅に向上してきている（例えば特許文献１〜４参照）。
特許文献１のプロジェクターは、照明光学系から射出された光がワイヤーグリッド素子で反射して液晶パネルに入射し、液晶パネルによって変調された光のうち画像を示す光がワイヤーグリッド素子を透過して投写される。特許文献２のプロジェクターにおいて、ワイヤーグリッド素子は、屈折率が１よりも大きい媒質中に配置されている。特許文献３のプロジェクターは、ワイヤーグリッド素子をその法線方向の周りで回転させることによって、コントラスト比を最適化することができる。特許文献４のプロジェクターにおいて、ワイヤーグリッド素子は、液晶パネルの法線方向に対して、４５°よりも大きい角度をなしており、液晶パネルから射出された光のワイヤーグリッド素子に対する入射角が４５°未満になっている。
特表２００３−５０６７４６号公報 特開２００５−２５００５７号公報 特開２００４−４６１５６号公報 特開２０００−１１１８３９号公報
プロジェクターは、さらなるコントラスト比の向上が期待されており、上記のようなワイヤーグリッド素子を用いたプロジェクターにも改善の余地がある。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、コントラスト比を向上させることが可能なプロジェクターを提供することを目的とする。
本発明のプロジェクターは、第１の光を射出する照明光学系と、前記照明光学系から射出された前記第１の光を変調する反射型の第１の液晶パネルと、前記第１の液晶パネルで変調されて反射した第１の光が入射する位置に配置され、前記第１の光が入射される面内において前記第１の液晶パネルの光射出面と略平行に伸びる複数の金属線を有し、前記第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して前記第１の光が入射される面が３７°以上４５°未満の角度で傾斜した第１のワイヤーグリッド素子と、前記第１の液晶パネルによって変調されて前記第１のワイヤーグリッド素子で反射した第１の光を投写する投写光学系と、を備える。
詳しくは下記の第１実施形態等で説明するが、本発明者は、第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して第１のワイヤーグリッド素子が４５°未満の角度で傾斜していれば、第１のワイヤーグリッド素子に対するＰ偏光とＳ偏光との分離能が向上することを見出した。上記のプロジェクターは、第１のワイヤーグリッド素子が第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して、３７°以上４５°未満の角度で傾斜しているので、投写光学系によって投写された画像において第１の光のコントラスト比を向上させることができる。
上記のプロジェクターにおいて、前記照明光学系は、前記第１の光の他に、前記第１の光とは波長が異なる第２の光を射出し、前記照明光学系から射出された前記第２の光を変調する反射型の第２の液晶パネルと、前記第２の液晶パネルで変調されて反射した第２の光が入射する位置に配置され、前記第２の光が入射される面内において前記第２の液晶パネルの光射出面と略平行に伸びる複数の金属線を有する第２のワイヤーグリッド素子と、を備え、前記投写光学系は、前記第１の液晶パネルによって変調されて前記第１のワイヤーグリッド素子で反射した第１の光と、前記第２の液晶パネルによって変調されて前記第２のワイヤーグリッド素子で反射した第２の光とを投写し、前記第１の光は、前記第２の光よりも視感度が高くてもよい。
このようにすれば、投写光学系によって投写された第１の光と第２の光のうちで相対的に視感度が高い第１の光のコントラスト比が向上するので、コントラスト比を効果的に向上させることができる。
上記のプロジェクターにおいて、前記第２のワイヤーグリッド素子は、前記第２の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して４５°未満の角度で傾斜していてもよい。
このようにすれば、投写光学系によって投写された第１の光と第２の光の双方のコントラスト比が向上するので、コントラスト比を格段に向上させることができる。
上記のプロジェクターにおいて、前記第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対する前記第１のワイヤーグリッド素子の角度が３９°以上４３°以下であってもよい。
このようにすれば、第１のワイヤーグリッド素子に対するＰ偏光とＳ偏光との分離能が格段に向上するので、コントラスト比を格段に向上させることができる。
第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。 液晶パネルの構成を模式的に示す図である。 （Ａ）はワイヤーグリッド素子の透過特性の角度依存性を示すグラフ、（Ｂ）はワイヤーグリッド素子の反射特性の角度依存性を示すグラフ、（Ｃ）は液晶パネルの光射出面の法線方向とワイヤーグリッド素子とがなす角度を変化させたときのプロジェクターのコントラスト比の変化を示すグラフである。 第２実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態及び実施例について図面を参照しながら説明する。説明に用いる図面中の構造の寸法や縮尺は、実際と異なることがある。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図２は、液晶パネルの構成を模式的に示す図である。図１に示すプロジェクター１は、照明光学系２、青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、赤用の画像形成系５、色合成部（色合成プリズム）６、及び投写光学系７を備える。
照明光学系２は、青色光（第２の光）Ｌ１と緑色光（第１の光）Ｌ２と赤色光（第３の光）Ｌ３とを個別に射出することができる。本実施形態の照明光学系２は、光源部１０、インテグレーター光学系１１、及び色分離光学系１２を備える。
光源部１０は、波長が４５０ｎｍ以上４９５未満の青色光Ｌ１、波長が４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の緑色光Ｌ２、及び波長が６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の赤色光Ｌ３を含んだ白色光Ｌを射出することができる。青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、赤色光Ｌ３のうちで、緑色光Ｌ２は、最も人間の視感度（人間の錐体細胞の光吸収率）が高い色光である。インテグレーター光学系１１は、光源部１０から射出された白色光Ｌの照度を均一化し、また偏光状態を揃えることができる。色分離光学系１２は、インテグレーター光学系１１から射出された白色光Ｌを青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、及び赤色光Ｌ３に分離することができる。
本実施形態の光源部１０は、白色光を放射する光源ランプ１３、及び回転放物面状の反射面を有するリフレクター１４を備える。光源ランプ１３から放射された白色光は、リフレクター１４によって一方向に向って反射し、略平行な光線束となる。光源ランプ１３は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。リフレクター１４は、インテグレーター光学系１１へ入射する。リフレクター１４は、反射面が回転楕円面状であってもよく、この場合には、リフレクターから射出された白色光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。
本実施形態のインテグレーター光学系１１は、第１レンズアレイ１５、第２レンズアレイ１６、偏光変換素子１７、及び重畳レンズ１８を備える。
第１レンズアレイ１５及び第２レンズアレイ１６は、それぞれ、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有する。第１レンズアレイ１５のマイクロレンズは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のマイクロレンズは、光源部１０の光軸に直交する平面での形状が、後述する各液晶パネルの被照明領域と相似形状（ここでは、略矩形）である。被照明領域は、各液晶パネルにおいて複数の画素が２次元的に配列された画素領域の全体を含む領域である。各液晶パネルの光射出面は、画素領域における画素の２つの配列方向のいずれにも平行な面あり、各液晶パネルの液晶層の厚み方向に直交する面である。
偏光変換素子１７は、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のセルを有する。偏光変換素子１７のセルは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のセルは、それぞれ、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板、及び反射ミラーを有する。
光源部１０から第１レンズアレイ１５へ入射した白色光Ｌは、マイクロレンズごとに集光され、複数の部分光束に分かれる。第１レンズアレイ１５の各マイクロレンズから射出された部分光束は、このマイクロレンズと対応する第２レンズアレイ１６のマイクロレンズに結像して、マイクロレンズに二次光源を形成する。第２レンズアレイ１６の各マイクロレンズから射出された部分光束は、このマイクロレンズと対応する偏光変換素子１７のセルに入射する。
偏光変換素子１７は、第２レンズアレイ１６と重畳レンズ１８との間の光路に配置されている。偏光変換素子１７の各セルへ入射した部分光束は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。本実施形態において、偏光変換素子１７の各セルは、各セルへ入射した部分光束の偏光状態を、各画像形成系のワイヤーグリッド素子（後述する）に対するＰ偏光に揃えることができる。偏光変換素子１７の複数のセルから射出された複数の部分光束は、重畳レンズ１８で屈折することによって、各画像形成系の液晶パネルの被照明領域に重畳される。
色分離光学系１２は、第１ダイクロイックミラー２０、第２ダイクロイックミラー２１、第３ダイクロイックミラー２２、第１反射ミラー２３、及び第２反射ミラー２４を備える。第１ダイクロイックミラー２０は、赤色光Ｌ３が透過し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が反射する特性を有する。第２ダイクロイックミラー２１は、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性を有する。第３ダイクロイックミラー２２は、緑色光Ｌ２が反射し、かつ青色光Ｌ１が透過する特性を有する。
第１ダイクロイックミラー２０及び第２ダイクロイックミラー２１は、互いに略直交するように、かつインテグレーター光学系１１の光軸と略４５°の角度をなすように配置されている。
色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの赤色光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー２１で反射して進行方向が略９０°折れ曲がり、第１反射ミラー２３へ入射する。第１反射ミラー２３は、第２ダイクロイックミラー２１から第１反射ミラー２３への赤色光Ｌ３の進行方向に対して、角度α１をなして傾斜している。本実施形態において、角度α１は略４５°に設定されており、第１反射ミラー２３は、第１ダイクロイックミラー２０とほぼ平行に配置されている。第１反射ミラー２３へ入射した赤色光Ｌ３は、第１反射ミラー２３で反射して進行方向が略９０°折れ曲がり、赤用の画像形成系５へ入射する。
色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２は、第１ダイクロイックミラー２０で反射し、進行方向が略９０°折れ曲がり、第１ダイクロイックミラー２０に対して赤色光Ｌ３とは反対側に進行して、第２反射ミラー２４へ入射する。
第２反射ミラー２４は、第１ダイクロイックミラー２０から第２反射ミラー２４への青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２の進行方向に対して、角度α２なして傾斜している。本実施形態において、角度α２は略４５°に設定されており、第２反射ミラー２４は、第２ダイクロイックミラー２１とほぼ平行に配置されている。第２反射ミラー２４へ入射した青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２は、第２反射ミラー２４で反射して進行方向が略９０°折れ曲がり、第３ダイクロイックミラー２２へ入射する。
第３ダイクロイックミラー２２は、第２反射ミラー２４から第３ダイクロイックミラー２２への青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２の進行方向に対して、４５°よりも大きい角度α３をなして傾斜している。すなわち、第３ダイクロイックミラー２２に対する青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２の入射角（９０−α３）［°］は、４５°未満に設定されている。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した青色光Ｌ１は、第３ダイクロイックミラー２２を透過して青用の画像形成系３へ入射する。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した緑色光Ｌ２は、第３ダイクロイックミラー２２で反射して進行方向が２×α３［°］変化して、第３ダイクロイックミラー２２へ入射する直前の光路に対して非垂直な方向へ進行し、緑色用の画像形成系４へ入射する。なお、色分離光学系１２は、ダイクロイックプリズムによって白色光を複数の色光に分離する構成でもよい。
青用の画像形成系３は、入射側偏光板２５、ワイヤーグリッド素子（第２のワイヤーグリッド素子）２６、液晶パネル（第２の液晶パネル）２７、射出側偏光板２８、及び放熱板２９を備える。
色分離光学系１２から射出された青色光Ｌ１は、入射側偏光板２５へ入射した後にワイヤーグリッド素子２６へ入射し、次いで液晶パネル２７へ入射して変調されるとともに液晶パネル２７で反射し、ワイヤーグリッド素子２６へ再度入射する。ワイヤーグリッド素子２６からワイヤーグリッド素子２６へ入射した青色光Ｌ１のうち、ワイヤーグリッド素子２６で反射した青色光Ｌ１は、射出側偏光板２８へ入射する。ワイヤーグリッド素子２６から射出側偏光板２８へ入射した青色光Ｌ１のうち、射出側偏光板２８を透過した青色光Ｌ１は、色合成部６へ入射する。
入射側偏光板２５は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。入射側偏光板２５の透過軸は、ワイヤーグリッド素子２６に対するＰ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。
ワイヤーグリッド素子２６は、ガラス等からなる誘電体層と、液晶パネル２７の光射出面２７Ａと平行な方向に延びる複数の金属線とを有する。ワイヤーグリッド素子２６は、複数の金属線に平行な直線偏光が反射し、複数の金属線に直交する直線偏光が反射する特性を有する。本実施形態において、ワイヤーグリッド素子２６は、ワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光が反射し、ワイヤーグリッド素子２６に対するＰ偏光が透過する特性を有する。
ワイヤーグリッド素子２６は、入射側偏光板２５からワイヤーグリッド素子２６へ入射してくる青色光Ｌ１の進行方向（光路）に対して、角度α４をなして傾斜している。本実施形態において、角度α４は略４５°に設定されている。
液晶パネル２７は、ワイヤーグリッド素子２６を通って液晶パネル２７へ入射してくる青色光Ｌ１の進行方向に対して光射出面２７Ａが直交するように、配置されている。液晶パネル２７で反射した青色光Ｌ１は、液晶パネル２７へ入射する直前と進行方向が略１８０°変化して折り返される。すなわち、液晶パネル２７で反射した青色光Ｌ１のワイヤーグリッド素子２６に対する入射角（９０−α４）［°］は、略４５°である。
放熱板２９は、アルミニウム合金等の熱伝導性に優れる金属材料からなり、多数の板状フィンを有している。放熱板２９は、液晶パネル２７へ青色光Ｌ１が入射してくる入射側とは反対側にて液晶パネル２７と接触して、設けられている。放熱板２９は、図示略のファン等から供給される空気等の冷媒に液晶パネル２７の熱を逃がすことができる。
図２に示すように液晶パネル２７は、素子基板４０、対向基板４１、液晶層４２、及び補償板４３を備える。素子基板４０は、対向基板４１と対向して設けられている。液晶層４２は、素子基板４０と対向基板４１との間に封入されている。補償板４３は、対向基板４１に対して液晶層４２と反対に設けられている。
本実施形態の液晶パネル２７は、反射型の液晶パネルである。入射側偏光板２５からワイヤーグリッド素子２６を通った青色光Ｌ１は、補償板４３へ入射した後に対向基板４１を通り、次いで液晶層４２へ入射した後に素子基板４０で反射して折り返される。青色光Ｌ１は、液晶層４２を通る間に変調され、液晶層４２から射出された後に対向基板４１へ入射し、次いで補償板４３を通って液晶パネル２７から射出される。
素子基板４０は、シリコン基板やガラス基板を基体として構成される。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）になる。素子基板４０は、複数のゲート線４４、複数のソース線４５、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴ４６という）、及び画素電極４７を備える。
複数のゲート線４４は、互いに平行に延在している。複数のソース線４５は、互いに平行に延在している。ゲート線４４の延在方向（Ｘ方向）は、ソース線４５の延在方向（Ｚ方向）と交差（ここでは直交）している。ゲート線４４が、ソース線４５と交差する部分ごとに、ＴＦＴ４６が設けられている。ゲート線４４は、ＴＦＴ４６のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線４５は、ＴＦＴ４６のソース領域と電気的に接続されている。
ゲート線４４とソース線４５とに囲まれる部分は、１つの画素Ｐに対応している。画素電極４７は、各画素Ｐと１対１の対応で設けられている。液晶パネル２７において、複数の画素Ｐは、ゲート線４４が延びる方向とソース線が延びる方向とに配列されている。複数の画素Ｐの２つの配列方向は、それぞれ、液晶層４２の厚み方向と直交する方向である。液晶パネル２７の光射出面２７Ａは、画素Ｐの２つの配列方向のいずれにも平行な面あり、液晶パネル２７の液晶層４２の厚み方向に直交する面である。
本実施形態の画素電極４７は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図２では、画素電極４７を切欠いて、画素電極４７の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極４７は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線４４、ソース線４５、ＴＦＴ４６を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極４７は、ＴＦＴ４６のドレイン領域と電気的に接続されている。画素電極４７を覆って、図示略の配向膜が設けられている。
対向基板４１は、ガラス基板等の透光性を有する基板を基体として構成されている。対向基板４１の液晶層４２側には、例えばインジウム錫酸化物等の透明導電材料からなる共通電極が設けられている。共通電極の液晶層４２側には、配向膜が設けられている。素子基板４０や対向基板４１に設けられる配向膜は、例えば斜方蒸着法等により形成された無機配向膜である。
液晶層４２は、例えばＶＡモードの液晶層により構成される。素子基板４０と対向基板４１とのセルギャップは、例えば２．０μｍ程度であり、このセルギャップに液晶材料が封入されて液晶層４２が構成されている。液晶材料は、誘電率異方性が負であり、複屈折性Δｎが例えば０．１２のものである。液晶層４２に含まれる液晶分子４８は、素子基板４０の基板面に沿う方向を基準（０°）としたプレチルト角θが例えば８７°程度である。補償板４３は、例えばネガのＣプレートにより構成される。補償板４３は、液晶分子４８のプレチルトにより生じる位相差を補償するように、素子基板４０の基板面に沿う方向に対して略４．５°程度傾けて設けられている。
以上のような構成の液晶パネル２７において、ゲート線４４に選択パルスが供給されると、このゲート線４４に接続されたＴＦＴ４６がオンになる。ＴＦＴ４６がオンになった状態で、画素Ｐごとの階調値に応じたソース信号がソース線４５に供給され、ソース信号がＴＦＴ４６を経て画素電極４７に供給される。画素電極４７にソース信号が供給されると、この画素電極４７と共通電極との間に電界が印加され、この電界に応じて液晶層４２の液晶分子４８の方位角が画素Ｐごとに変化する。画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、この画素Ｐにおける液晶層４２の液晶分子４８の方位角に応じて偏光状態が変化する。
本実施形態では、任意の１画素Ｐにおける液晶層４２に電界が印加されていない状態で、この画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、ほぼ偏光状態が変化せずにＰ偏光のまま射出される。任意の１画素Ｐにおける液晶層４２に電界が印加されている状態で、この画素Ｐへ入射した青色光Ｌ１は、画像データに規定された階調値に応じた比率で、ワイヤーグリッド素子２６に対するＰ偏光がＳ偏光へ変化する。すなわち、液晶層４２を通った青色光Ｌ１のうちワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光は、画像を示す光である。
液晶パネル２７から射出された青色光Ｌ１のうち、ワイヤーグリッド素子２６に対するＰ偏光は、ワイヤーグリッド素子２６を透過する。液晶パネル２７から射出された青色光Ｌ１のうち、ワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光は、ワイヤーグリッド素子２６で反射して進行方向が変化し、射出側偏光板２８へ入射する。
図１の説明に戻り、射出側偏光板２８は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。射出側偏光板２８の透過軸は、ワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。射出側偏光板２８へ入射した青色光Ｌ１のうち、ワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光は、射出側偏光板２８を透過して、色合成部６へ入射する。
緑用の画像形成系４は、入射側偏光板３０、ワイヤーグリッド素子（第１のワイヤーグリッド素子）３１、液晶パネル（第１の液晶パネル）３２、射出側偏光板３３、及び放熱板３４を備える。
色分離光学系１２から射出された緑色光Ｌ２は、入射側偏光板３０へ入射した後にワイヤーグリッド素子３１へ入射し、次いで液晶パネル３２へ入射して変調されるとともに液晶パネル３２で反射し、ワイヤーグリッド素子３１へ再度入射する。ワイヤーグリッド素子３１からワイヤーグリッド素子３１へ入射した緑色光Ｌ２のうち、ワイヤーグリッド素子３１で反射した緑色光Ｌ２は、射出側偏光板３３へ入射する。ワイヤーグリッド素子３１から射出側偏光板３３へ入射した緑色光Ｌ２のうち、射出側偏光板３３を透過した緑色光Ｌ２は、色合成部６へ入射する。
入射側偏光板３０は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。入射側偏光板３０の透過軸は、ワイヤーグリッド素子３１に対するＰ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。
ワイヤーグリッド素子３１は、青用の画像形成系３のワイヤーグリッド素子２６と同様の構造である。ワイヤーグリッド素子３１の金属線は、液晶パネル３２の光射出面３２Ａと平行な方向に延びている。ワイヤーグリッド素子３１は、入射する緑色光Ｌ２のうち、ワイヤーグリッド素子３１に対するＰ偏光が透過し、かつワイヤーグリッド素子３１に対するＳ偏光が反射する特性を有する。
ワイヤーグリッド素子３１は、入射側偏光板３０からワイヤーグリッド素子３１へ入射してくる緑色光Ｌ２の進行方向（光路）に対して、角度α５をなして傾斜している。角度α５は、３７°以上４５°未満の範囲内に設定されている。角度α５は、３８°以上４４°以下の範囲に設定されていてもよいし、３９°以上４３°以下の範囲に設定されていてもよい。本実施形態において、角度α３は、角度α５との和（α３＋α５）が略９０°になるように、設定されている。
液晶パネル３２は、青用の画像形成系３の液晶パネル２７とほぼ同じ構成である。液晶パネル３２は、ワイヤーグリッド素子３１を通って液晶パネル３２へ入射してくる緑色光Ｌ２の進行方向に対して光射出面３２Ａが直交するように、配置されている。液晶パネル３２で反射した緑色光Ｌ２は、液晶パネル３２へ入射する直前と進行方向が略１８０°変化して折り返される。すなわち、液晶パネル３２で反射した緑色光Ｌ２のワイヤーグリッド素子３１への入射角は、（９０−α５）［°］である。
ワイヤーグリッド素子３１へ入射した緑色光Ｌ２のうち、ワイヤーグリッド素子３１に対するＳ偏光は、画像を示す緑色光Ｌ２であり、ワイヤーグリッド素子３１で反射する。ワイヤーグリッド素子３１で反射した緑色光Ｌ２は、射出側偏光板２８から色合成部６へ向って進行する青色光Ｌ１と直交する方向に進行して、射出側偏光板３３へ入射する。
射出側偏光板３３は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。射出側偏光板３３の透過軸は、ワイヤーグリッド素子３１に対するＳ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。
放熱板３４は、放熱板２９とほぼ同じ構造であり、放熱板２９と同様にして液晶パネル３２の熱を逃がすことができる。放熱板３４は、液晶パネル３２へ緑色光Ｌ２が入射してくる入射側とは反対側にて液晶パネル３２と接触して、設けられている。
赤用の画像形成系５は、入射側偏光板３５、ワイヤーグリッド素子（第３のワイヤーグリッド素子）３６、液晶パネル（第３の液晶パネル）３７、射出側偏光板３８、及び放熱板３９を備える。
色分離光学系１２から射出された赤色光Ｌ３は、入射側偏光板３５へ入射した後にワイヤーグリッド素子３６へ入射し、次いで液晶パネル３７へ入射して変調されるとともに液晶パネル３７で反射し、ワイヤーグリッド素子３６へ再度入射する。ワイヤーグリッド素子３６からワイヤーグリッド素子３６へ入射した赤色光Ｌ３のうち、ワイヤーグリッド素子３６で反射した赤色光Ｌ３は、射出側偏光板３８へ入射する。ワイヤーグリッド素子３６から射出側偏光板３８へ入射した赤色光Ｌ３のうち、射出側偏光板３８を透過した赤色光Ｌ３は、色合成部６へ入射する。
入射側偏光板３５は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。入射側偏光板３５の透過軸は、ワイヤーグリッド素子３６に対するＰ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。
ワイヤーグリッド素子３６は、青用の画像形成系３のワイヤーグリッド素子２６と同様の構造である。ワイヤーグリッド素子３６の金属線は、液晶パネル３７の光射出面３７Ａと平行な方向に延びている。ワイヤーグリッド素子３６は、入射側偏光板３５からワイヤーグリッド素子３６へ入射してくる赤色光Ｌ３の進行方向（光路）に対して、角度α６をなして傾斜している。本実施形態において、角度α６は略４５°に設定されている。
ワイヤーグリッド素子３６は、入射する赤色光Ｌ３のうち、ワイヤーグリッド素子３６に対するＰ偏光が透過し、かつワイヤーグリッド素子３６に対するＳ偏光が反射する特性を有する。
液晶パネル３７は、青用の画像形成系３の液晶パネル２７とほぼ同じ構成である。液晶パネル３７は、ワイヤーグリッド素子３６を通って液晶パネル３７へ入射してくる赤色光Ｌ３の進行方向に対して光射出面３７Ａが直交するように、配置されている。液晶パネル３７で反射した赤色光Ｌ３は、液晶パネル３７へ入射する直前と進行方向が略１８０°変化して折り返される。
射出側偏光板３８は、透過軸に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸と直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。射出側偏光板３８の透過軸は、ワイヤーグリッド素子３６に対するＳ偏光の偏光方向とほぼ平行に設定されている。射出側偏光板３８を透過した赤色光Ｌ３は、射出側偏光板２８から色合成部６へ向って進行する青色光Ｌ１と向かい合うように反対方向に進行して、色合成部６へ入射する。
放熱板３９は、放熱板２９とほぼ同じ構造であり、放熱板２９と同様にして液晶パネル３７の熱を逃がすことができる。放熱板３９は、液晶パネル３２へ赤色光Ｌ３が入射してくる入射側とは反対側にて液晶パネル３７と接触して、設けられている。
色合成部６は、ダイクロイックプリズム等により構成される。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造である。各三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムは、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性の波長選択膜と、青色光Ｌ１が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び赤色光Ｌ３が透過する特性の波長選択膜とが互いに直交して上記の内面に形成された構造である。
ダイクロイックプリズムへ入射した緑色光Ｌ２は、波長選択面を通ってそのまま射出される。ダイクロイックプリズムへ入射した青色光Ｌ１及び赤色光Ｌ３は、波長選択面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光Ｌ２の射出方向と同じ方向に射出される。このように、３つの色光は、重ね合わされて合成され、フルカラーの画像を示す合成光となり投写光学系７へ入射する。この合成光が投写光学系７によって投写面上で結像することにより、投写面にフルカラーの画像が表示される。
次に、本実施形態のプロジェクター１のコントラスト比について説明する。
図３（Ａ）は、ワイヤーグリッド素子の透過特性の角度依存性を示すグラフである。図３（Ｂ）は、ワイヤーグリッド素子の反射特性の角度依存性を示すグラフである。図３（Ｃ）は、液晶パネルの光射出面の法線方向とワイヤーグリッド素子とがなす角度を変化させたときのプロジェクターのコントラスト比の変化を示すグラフである。
図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）のグラフのそれぞれにおいて、横軸は、液晶パネル３２の光射出面３２Ａの法線方向とワイヤーグリッド素子３１とがなす角度α５を示す。図３（Ａ）の縦軸は、光量が同じであるＰ偏光とＳ偏光に関して、ワイヤーグリッド素子３１を透過するＳ偏光の光量（ＴＳ）に対するワイヤーグリッド素子３１を透過するＰ偏光の光量（ＴＰ）の比（ＴＰ／ＴＳ）を示す。図３（Ｂ）の縦軸は、光量が同じであるＰ偏光とＳ偏光に関して、ワイヤーグリッド素子３１で反射するＰ偏光の光量（ＲＰ）に対するワイヤーグリッド素子３１で反射する透過するＳ偏光の光量（ＲＳ）の比（ＲＳ／ＲＰ）を示す。図３（Ｃ）の縦軸は、最も画素値が低い画素（黒表示）の明るさに対する、最も画素値が高い画素（白表示）の明るさの比（コントラスト比）を示す。
図３（Ａ）のグラフに示すように、透過特性（ＴＰ／ＴＳ）は角度α５にほとんど依存しない。一方で、図３（Ａ）のグラフに示すように、反射特性（ＲＳ／ＲＰ）は、α５が４５°よりも小さくなるにつれて増加し、α５＝４１°程度でピークになり、α５が４１°よりも小さくなるにつれて減少している。透過特性（ＴＰ／ＴＳ）が高くなるほど黒の表示特性が高くなり（引き締まった黒になり）、反射特性（ＲＳ／ＲＰ）が高くなるほど白の表示特性が高くなる（明るい白になる）。すなわち、透過特性（ＴＰ／ＴＳ）が高くなるほど、また反射特性（ＲＳ／ＲＰ）が高くなるほど、コントラスト比が高くなる。
以上のような構成のプロジェクター１は、α５が３７°以上４５°未満に設定されているので、α５＝４５°である構成と比較して、反射特性（ＲＳ／ＲＰ）が高くなり、コントラスト比を向上させることができる。また、α５が３８°以上４４°以下の範囲内であればさらにコントラスト比を向上させることができ、α５が３９°以上４３°以下の範囲内であれば格段にコントラスト比を向上させることができる。
また、プロジェクター１は、角度α３と角度α５との和が９０°になるように設定されているので、緑用の画像形成系４から色合成部６へ入射する緑色光Ｌ２の進行方向が、青用の画像形成系３から色合成部６へ入射する青色光Ｌ１の進行方向及び赤用の画像形成系５から色合成部６へ入射する赤色光Ｌ３の進行方向と直交する。したがって、青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、及び赤色光Ｌ３を高精度に重ね合わせて合成することが容易になる。また、汎用のダイクロイックプリズムによって色合成部６を構成することができ、特注のダイクロイックプリズムを用いる場合と比較して、装置コストを下げることができる。
なお、角度α３と角度α５との和が９０°でなくてもよい。この場合に、例えば、色合成部６は、複数のダイクロイックミラーを含んで構成されており、ダイクロイックミラーを経由した複数の色光が重なり合うように、ダイクロイックミラーの姿勢が設定されていてもよい。
ところで、青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、赤色光Ｌ３のうちで、緑色光Ｌ２は、最も人間の視感度（人間の錐体細胞の光吸収率）が高い色光である。プロジェクター１は、緑用の画像形成系４に関して、液晶パネル３２の光射出面３２Ａの法線方向とワイヤーグリッド素子３１とがなす角度（α５）が４５°未満に設定されているので、効果的にコントラスト比を向上させることができる。
なお、α５が４１°付近で反射特性がピークを有する理由については明らかではないが、以下のような推測もできる。ここで、空気中のガラスへ光が入射する場合を考える。入射角に対するＰ偏光の反射率は、入射角が４５°を超えても、ブリュースター角（６０°程度）になるまでは減少する。一方で、入射角に対するＳ偏光の反射率は単調増加するので、入射角が４５°を超えると、ガラス板で反射するＰ偏光に対するＳ偏光の比は増加することになる。
一般的に、ワイヤーグリッド素子は、入射角が４５°の光に対して反射特性と透過特性が最大になるように、設計される。しかしながら、ワイヤーグリッド素子の実際の特性は、製造誤差等に起因して理論上の特性からずれることがありえる。すなわち、ワイヤーグリッド素子は、ガラス等の透光性を有する誘電体層を有しており、誘電体層の特性が製造誤差等で残ることによって、入射角が４５°よりも大きい範囲（α５が４５°未満の範囲）で反射特性がピークを有することがありえる。
ワイヤーグリッド素子の加工や設計の精度を向上させると、ワイヤーグリッド素子の実際の特性が理論上の特性へ近く可能性はある。換言すると、本実施形態のプロジェクター１は、ワイヤーグリッド素子の加工や設計の精度を向上させなくとも、ワイヤーグリッド素子の特性を補正することができ、プロジェクター１のコントラスト比を高めつつ製造コストを減らす効果も期待できる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図４に示すプロジェクター１Ｂは、第１実施形態と同様の構成要素によって構成されている。プロジェクター１Ｂは、青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、赤用の画像形成系５のいずれにおいても、液晶パネルで反射した色光のワイヤーグリッド素子に対する入射角が４５°よりも大きくなるように、第１実施形態とは構成要素の配置が変更されている。以下、詳しく説明する。
第１反射ミラー２３は、第２ダイクロイックミラー２１から第１反射ミラー２３への赤色光Ｌ３の進行方向に対して、４５°未満の角度β１をなして傾斜している。第２反射ミラー２４は、第１ダイクロイックミラー２０から第２反射ミラー２４への青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２の進行方向に対して、４５°未満の角度β２なして傾斜している。本実施形態において、角度β１は角度β２とほぼ同じである。第３ダイクロイックミラー２２は、第２反射ミラー２４から第３ダイクロイックミラー２２への青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２の進行方向に対して、４５°よりも大きい角度β３をなして傾斜している。
青用の画像形成系３において、ワイヤーグリッド素子２６は、入射側偏光板２５からワイヤーグリッド素子２６へ入射してくる青色光Ｌ１の進行方向（光路）に対して、４５°未満の角度β４をなして傾斜している。本実施形態において、角度β４は、上記の角度β２とほぼ同じである。液晶パネル２７は、ワイヤーグリッド素子２６を通って液晶パネル２７へ入射してくる青色光Ｌ１の進行方向に対して光射出面２７Ａが直交するように、配置されている。
緑用の画像形成系４において、ワイヤーグリッド素子３１は、入射側偏光板３０からワイヤーグリッド素子３１へ入射してくる緑色光Ｌ２の進行方向（光路）に対して、４５°未満の角度β５をなして傾斜している。本実施形態において、角度β５は、角度β２及び角度β３との和（β２＋β３＋β５）が略１３５°になるように、設定されている。液晶パネル３２は、ワイヤーグリッド素子３１を通って液晶パネル３２へ入射してくる緑色光Ｌ２の進行方向に対して光射出面３２Ａが直交するように、配置されている。
赤用の画像形成系５において、ワイヤーグリッド素子３６は、入射側偏光板３５からワイヤーグリッド素子３６へ入射してくる赤色光Ｌ３の進行方向に対して、４５°未満の角度β６をなして傾斜している。本実施形態において、角度β６は、上記の角度β１とほぼ同じである。液晶パネル３７は、ワイヤーグリッド素子３６を通って液晶パネル３７へ入射してくる赤色光Ｌ３の進行方向に対して光射出面３７Ａが直交するように、配置されている。
以上のような構成のプロジェクター１Ｂは、複数の画像形成系のそれぞれにおいて、各液晶パネルの光射出面の法線方向に対してワイヤーグリッド素子が４５°未満の角度で傾斜しているので、コントラスト比を格段に向上させることができる。また、プロジェクター１Ｂは、光源部１０から投写光学系７までの各色光の光路長を揃えることできる。
また、プロジェクター１Ｂは、角度β２が角度β４とほぼ同じであり、かつ角度β１が角度β６とほぼ同じであるので、青用の画像形成系３から色合成部６へ入射する青色光Ｌ１の進行方向と、赤用の画像形成系５から色合成部６へ入射する赤色光Ｌ３の進行方向とが互いにほぼ平行になる。また、角度β２と角度β３と角度β５の和が略１３５°に設定されているので、青用の画像形成系３から色合成部６へ入射する青色光Ｌ１の進行方向と、緑用の画像形成系４から色合成部６へ入射する緑色光Ｌ２の進行方向とが互いにほぼ直交する。したがって、青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、及び赤色光Ｌ３を高精度に重ね合わせて合成することが容易になる。また、汎用のダイクロイックプリズムによって色合成部６を構成することができ、特注のダイクロイックプリズムを用いる場合と比較して、装置コストを下げることができる。
なお、角度β２が角度β４と異なっていてもよいし、角度β１が角度β６と異なっていてもよい。また、角度β２と角度β３と角度β５の和が１３５°でなくてもよい。この場合に、例えば、色合成部６は、複数のダイクロイックミラーを含んで構成されており、ダイクロイックミラーを経由した複数の色光が重なり合うように、ダイクロイックミラーの姿勢が設定されていてもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
第１実施形態において、３色の色光のうちの１つの色光に関して、この色光に対応する画像形成系の液晶パネルで反射した色光に対してワイヤーグリッド素子が４５°未満の角度をなしており、上記の１つの色光は緑色光Ｌ２であるが、上記の１つの色光は青色光Ｌ１でもよいし、赤色光Ｌ３でもよい。また、３色の色光のうちの２つの色光に関して、各色光に対応する画像形成系の液晶パネルで反射した色光に対してワイヤーグリッド素子が４５°未満の角度をなしており、残り１つの色光に関して、この色光に対応する画像形成系の液晶パネルで反射した色光に対してワイヤーグリッド素子が略４５°の角度をなしていてもよい。
上記の実施形態において、照明光学系２は、光源ランプ１３から射出された白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成であるが、その構成に限定はない。例えば、照明光学系は、各色の光を直接的に発光するレーザーダイオードや発光ダイオード等の固体光源を備え、各色用の固体光源から射出された各色の光により各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。また、青色光又は紫外光を発光する固体光源と、この固体光源から射出された光源光を受けて光源光よりも長波長の光を射出する蛍光体とを備え、蛍光体から射出された光により画像形成系を照明する構成でもよい。この構成において、照明光学系は、固体光源から射出された光と蛍光体から射出された光とが合わさって白色光となり、この白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。また、固体光源から射出された青色光をハーフミラーなどで複数の光線束に分離し、分離された１つの光線束により青用の画像形成系を照明するとともに、分離された他の光線束を蛍光体で色変換した光により他色用の画像形成を照明する構成でもよい。
上記の実施形態において、入射側偏光板と射出側偏光板の少なくとも一方を、入射してくる各色光の進行方向の周りの回転角を調整することによって、コントラスト比をさらに向上させてもよい。また、入射側偏光板と射出側偏光板の少なくとも一方は、入射してくる各色光の進行方向に直交していてもよいし、入射してくる各色光の進行方向に対して９０°未満の角度で傾斜していてもよい。
１、１Ｂ・・・プロジェクター、２・・・照明光学系、７・・・投写光学系、２６・・・ワイヤーグリッド素子（第２のワイヤーグリッド素子）、２７・・・液晶パネル（第２の液晶パネル）、２７Ａ・・・光射出面、３１・・・ワイヤーグリッド素子（第１のワイヤーグリッド素子）、３２・・・液晶パネル（第１の液晶パネル）、３２Ａ・・・光射出面、Ｌ１・・・青色光（第２の光）、Ｌ２・・・緑色光（第１の光）

Claims (4)

  1. 第１の光を射出する照明光学系と、
    前記照明光学系から射出された前記第１の光を変調する反射型の第１の液晶パネルと、
    前記第１の液晶パネルで変調されて反射した第１の光が入射する位置に配置され、前記第１の光が入射される面内において前記第１の液晶パネルの光射出面と略平行に伸びる複数の金属線を有し、前記第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して前記第１の光が入射される面が３７°以上４５°未満の角度で傾斜した第１のワイヤーグリッド素子と、
    前記第１の液晶パネルによって変調されて前記第１のワイヤーグリッド素子で反射した第１の光を投写する投写光学系と、を備えるプロジェクター。
  2. 前記照明光学系は、前記第１の光の他に、前記第１の光とは波長が異なる第２の光を射出し、
    前記照明光学系から射出された前記第２の光を変調する反射型の第２の液晶パネルと、
    前記第２の液晶パネルで変調されて反射した第２の光が入射する位置に配置され、前記第２の光が入射される面内において前記第２の液晶パネルの光射出面と略平行に伸びる複数の金属線を有する第２のワイヤーグリッド素子と、を備え、
    前記投写光学系は、前記第１の液晶パネルによって変調されて前記第１のワイヤーグリッド素子で反射した第１の光と、前記第２の液晶パネルによって変調されて前記第２のワイヤーグリッド素子で反射した第２の光とを投写し、
    前記第１の光は、前記第２の光よりも視感度が高い、請求項１に記載のプロジェクター。
  3. 前記第２のワイヤーグリッド素子は、前記第２の液晶パネルの光射出面の法線方向に対して４５°未満の角度で傾斜している、請求項２に記載のプロジェクター。
  4. 前記第１の液晶パネルの光射出面の法線方向に対する前記第１のワイヤーグリッド素子の角度が３９°以上４３°以下である、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のプロジェクター。
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