JP2014052472A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】視認画質の劣化を抑制することが可能なプロジェクターを提供する。
【解決手段】画像光を、第１の画像光と第２の画像光とに時分割して射出する画像形成装置と、第１の画像光と第２の画像光とが交互に切り替わって射出されるように、第１の画像光の光路と第２の画像光の光路とをずらす光路切替素子と、第１の表示期間に第１の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御し、遷移期間に第１の画像光及び第２の画像光の偏光方向を第２の偏光方向に制御し、第２の表示期間に第２の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御する偏光制御素子と、制御装置と、第１の偏光方向の光を透過させる偏光板と、偏光板から射出された第１の画像光と第２の画像光とを投射する投射光学系と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関するものである。

近年、プロジェクターの高性能化に関して、高精細な表示画像を得ることが可能な技術の要求が高まっている。

この要求に対して、例えば特許文献１では、表示素子と、画素ずらし素子と、遮光ホイールと、を備えた構成が開示されている。表示素子は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素から構成される。画素ずらし素子は、画素の位置を光学的に変位させる。遮光ホイールは、円盤状の部材に遮光部と開口部（透過部）を設けたものである。遮光ホイールの回転は、画素ずらし素子の動作に合わせて制御される。遮光ホイールは、表示素子に入射する光を、非表示のタイミングに同期して物理的に遮光する。

特開２００４−１８００１１号公報

特許文献１の構成では、画素の位置が切り替わるまでの遷移期間において表示素子に入射する光を遮光することにより画質の劣化を抑制している。しかしながら、遮光ホイールの回転により光を遮光しているため、光が一端から徐々に遮光されていく。その結果、視認画質が劣化してしまうという問題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、視認画質の劣化を抑制す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。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の一態様におけるプロジェクターは、画像光を、第１の画像データの書き込みが行われる第１のサブフィールドに対応する第１の画像光と、前記第１のサブフィールドに時間的に隣接するとともに第２の画像データの書き込みが行われる第２のサブフィールドに対応する第２の画像光と、に時分割して射出する画像形成装置と、前記第１の画像光と前記第２の画像光とが交互に切り替わって射出されるように、前記画像形成装置から射出された前記第１の画像光の光路と、前記第２の画像光の光路とをずらす光路切替素子と、前記第１の画像データの書き込みが完了して前記第１の画像光を射出する第１の表示期間に前記第１の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御し、前記画像形成装置からの射出光が前記第１の画像光から前記第２の画像光に切り替わるまでの遷移期間に前記第１の画像光及び前記第２の画像光の双方の画像光の偏光方向を前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に制御し、前記第２の画像データの書き込みが完了して前記第２の画像光を射出する第２の表示期間に前記第２の画像光の偏光方向を前記第１の偏光方向に制御する偏光制御素子と、前記画像形成装置と前記光路切替素子と前記偏光制御素子とを制御する制御装置と、前記偏光制御素子の光射出側に配置され、前記第１の偏光方向の光を透過させる偏光板と、前記偏光板から射出された前記第１の偏光方向の前記第１の画像光と前記第１の偏光方向の前記第２の画像光とを投射する投射光学系と、を含む。

この構成によれば、偏光制御素子による偏光方向の制御により、遷移期間において、第１の画像光と第２の画像光とが併存した画像光が表示されることを抑制することができる。特許文献１のように遮光ホイールの回転により光を遮光する構成であると、光が一端から徐々に遮光されていく。これに対し、この構成によれば、画像光を一括して遮光することができる。したがって、視認画質の劣化を抑制することができる。

（２）上記（１）に記載のプロジェクターでは、前記光路切替素子は、前記画像形成装置から射出された前記第１の画像光の偏光方向と前記第２の画像光の偏光方向とを、互いの偏光方向が異なるようにそれぞれ所定の偏光方向に制御し、前記第１の画像光の偏光方向と前記第２の画像光の偏光方向とを交互に切り替える偏光切替素子と、前記偏光切替素子から射出された所定の偏光方向の前記第１の画像光の光路と所定の偏光方向の前記第２の画像光の光路とをずらす複屈折光学素子と、を含んでいてもよい。

この構成によれば、偏光切替素子による偏光方向の切替により画素ずらしを行い、高精細な表示画像を得ることができる。

（３）上記（２）に記載のプロジェクターでは、前記光路切替素子は、前記画像形成装置の光射出側に配置され、前記画像形成装置から射出された前記画像光の偏光方向を回転させて前記画像光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光回転素子をさらに含んでいてもよい。

この構成によれば、画素ずらしを行う方向を所望の方向に調整することができる。

（４）上記（２）または（３）に記載のプロジェクターでは、前記偏光切替素子と前記偏光制御素子のうち少なくとも一方は、ツイステッドネマチックモードの液晶素子であってもよい。

この構成によれば、他のモードの液晶素子に比べて応答速度が速く、かつ、表示画像の色合いが変わりにくい。

（５）上記（２）ないし（４）のいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記制御装置は、前記偏光制御素子の前記遷移期間における偏光方向の制御を、前記偏光切替素子の前記第１の偏光方向から前記第２の偏光方向への切替タイミングに同期させて行ってもよい。

この構成によれば、偏光切替素子による偏光方向の切替タイミングに合わせて、偏光方向を制御することができる。よって、遷移期間における画像光の遮光を確実に行うことができる。

（６）上記（１）ないし（４）のいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記制御装置は、前記偏光制御素子の前記遷移期間における偏光方向の制御を、前記第１のサブフィールドから前記第２のサブフィールドへの切り替わり始めのタイミングに同期させて行ってもよい。

この構成によれば、サブフィールドの切り替わり始めのタイミングに合わせて、偏光方向を制御することができる。よって、遷移期間における画像光の遮光を確実に行うことができる。

（７）上記（１）ないし（６）のいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記偏光板は、前記第２の偏光方向の光を吸収してもよい。

この構成によれば、遷移期間において、画像光を吸収することにより表示画像を一括して遮光することができる。

（８）上記（１）ないし（６）のいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記偏光板は、前記第２の偏光方向の前記第１の画像光と前記第２の偏光方向の前記第２の画像光とを反射し、前記偏光板によって反射された前記第２の偏光方向の前記第１の画像光と前記第２の偏光方向の前記第２の画像光とを受光する受光素子をさらに含んでいてもよい。

この構成によれば、表示に寄与しない画像光の光量を検出することができる。

（９）上記（１）ないし（８）のいずれか一項に記載のプロジェクターでは、前記画像形成装置は、光を射出する光源と、前記光源から射出された光を、前記第１のサブフィールドに対応する第１の画像データに基づいて変調して前記第１の画像光として射出するとともに、前記第２のサブフィールドに対応する第２の画像データに基づいて変調して前記第２の画像光として射出する光変調素子と、を含んでいてもよい。

この構成によれば、各サブフィールドに対応する画像光を射出する画像形成装置を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの概略構成を示す図である。 第１実施形態に係るプロジェクターの要部を示す図である。 第１実施形態に係る光路切替素子、偏光制御素子、制御装置、及び偏光板を示す拡大図である。 （Ａ）、（Ｂ）複屈折光学素子の作用を説明するための図である。 光路切替素子の作用を説明するための図である。 偏光制御素子による偏光方向の制御タイミングを示す図である。 第２実施形態に係るプロジェクターの要部を示す図である。 偏光制御素子による偏光方向の制御タイミングの変形例を示す図である。

[第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
本実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを３組使用した、いわゆる３板式の液晶プロジェクターを例示する。

図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２は、プロジェクター１の要部を示す図である。

本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、画像形成装置２と、光路切替素子３と、偏光制御素子４と、制御装置５と、偏光板６と、投射光学系７と、を備えている。制御装置５は、画像形成装置２、光路切替素子３、及び偏光制御素子４を統括制御する。

以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
画像形成装置２は、光源８と、インテグレーター光学系９と、色光分離導光光学系１０と、３つの液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ（光変調素子）と、色光合成光学系１２と、を備えている。画像形成装置２は、不図示の駆動回路を介して制御装置５に接続されている。

光源８は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなる。光源８は、光源ランプ１３と、リフレクター１４と、を備えている。光源ランプ１３は、白色光を射出する。リフレクター１４は、光源ランプ１３からの光を反射してインテグレーター光学系９に向けて射出させる。

インテグレーター光学系９は、第１レンズアレイ１５と、第２レンズアレイ１６と、重畳レンズ１７と、を備えている。第１レンズアレイ１５及び第２レンズアレイ１６は、フライアイレンズ等からなる。インテグレーター光学系９は、光源８から射出された光の照度分布を各液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上で略均一化する。

色光分離導光光学系１０は、ダイクロイックミラー１８，１９と、反射ミラー２０，２１，２２と、入射側レンズ２３と、リレーレンズ２４と、を備えている。ダイクロイックミラー１８，１９は、入射した白色光に含まれる所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる。

具体的には、ダイクロイックミラー１８は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー１９は、ダイクロイックミラー１８で反射した色光のうち、緑色光ＬＧを緑色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｇに向けて反射させ、青色光ＬＢを透過する。反射ミラー２０は、ダイクロイックミラー１８を透過した赤色光ＬＲを赤色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｒに向けて反射させる。

入射側レンズ２３、反射ミラー２１、リレーレンズ２４、及び反射ミラー２２は、ダイクロイックミラー１９を透過した青色光ＬＢを青色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｂに導く。入射側レンズ２３は、リレーレンズ２４に光を効率良く入射させる。リレーレンズ２４は、入射側レンズ２３近傍の光を青色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｂに伝達する。これにより、入射側レンズ２３に入射した青色光ＬＢは、光強度分布が略保存された状態で光損失を殆ど伴うことなく、空間的に離れた青色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｂに伝達される。

各液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、図２に示すように、入射側偏光板と、液晶パネルと、射出側偏光板と、を備えている。例えば、赤色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｒは、入射側偏光板２５ａと、液晶パネル２５Ｐと、射出側偏光板２５ｂと、を備えている。液晶パネル２５Ｐは、一対の基板と、一対の基板間に挟持された液晶と、を備えている。液晶パネル２５Ｐには、透過率を独立に制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列されている。液晶パネル２５Ｐの光透過領域には、複数の走査線と複数のデータ線とが互いに交差して設けられている。緑色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｇ、青色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｂの構成も赤色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｒと同様である。

例えば、赤色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｒは、入射した赤色光を画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した画像光を射出する。緑色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｇ、青色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｂの作用も赤色光変調用液晶ライトバルブ１１Ｒと同様である。

本実施形態に係るプロジェクター１は、線順次駆動方式を採用する。線順次駆動方式においては、複数のデータ線に画像データが供給され、複数の走査線が一方から他方に順次に駆動される。すなわち、走査線が線順次に走査される。これにより、各走査線に対応する行方向に並ぶ複数の画素（画素群）に画像データが順次書き込まれる。

本実施形態において、単位画像データは、第１の画像データと第２の画像データとで構成されている。ここで、単位画像データは、１つのフィールドに対応する画像データである。第１の画像データは、第１のサブフィールドに対応する画像データである。第２の画像データは、第１のサブフィールドに時間的に隣接する第２のサブフィールドに対応する画像データである。なお、各サブフィールドのフィールドレート（周期）については後述する。

第１の画像データは線順次で各液晶ライトバルブに書き込まれる。第２の画像データは第１の画像データが書き込まれる期間と時間的に隣接する期間に線順次方式で書き込まれる。この書込み動作が繰り返され、第１の画像データと第２の画像データとは交互に各液晶ライトバルブに書き込まれる。各液晶ライトバルブは、入射した光を、書き込まれた第１の画像データに基づいて変調して第１の画像光として射出するとともに、第２の画像データに基づいて変調して第２の画像光として射出する。

色光合成光学系１２は、クロスダイクロイックプリズム２６と、色選択偏光変換素子２７と、を備えている。クロスダイクロイックプリズム２６は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされたものである。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズム２６の選択反射面になる。

図２に示すように、クロスダイクロイックプリズム２６の内面には、第１の選択反射面２６ａと、第２の選択反射面２６ｂとが互いに直交して形成されている。第１の選択反射面２６ａは、赤色光ＬＲが反射し緑色光ＬＧが透過する面である。第２の選択反射面２６ｂは、青色光ＬＢが反射し緑色光ＬＧが透過する面である。

クロスダイクロイックプリズム２６に入射した緑色光ＬＧは、選択反射面２６ａ，２６ｂを通ってそのまま射出される。クロスダイクロイックプリズム２６に入射した、赤色光ＬＲは、第１の選択反射面２６ａで選択的に反射して、緑色光ＬＧの射出方向と同じ方向に射出される。青色光ＬＢは、第２の選択反射面２６ｂで選択的に反射して、緑色光ＬＧの射出方向と同じ方向に射出される。

色選択偏光変換素子２７は、入射光のうち、特定の波長帯域の色光の偏光状態を選択的に変換する。各液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出される画像光は射出側偏光板（図２参照）を透過した直線偏光である。各色光の偏光状態は、クロスダイクロイックプリズムにおける色光合成の効率を考慮して設定される。例えば、緑色光ＬＧはＰ偏光、赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢはＳ偏光の状態でクロスダイクロイックプリズムに入射し、カラー画像を形成する画像光に合成されて射出される。クロスダイクロイックプリズムから射出された画像光は、色選択偏光変換素子２７に入射する。このとき、緑色光ＬＧの偏光方向のみが９０°回転してＳ偏光となる。これにより、色選択偏光変換素子２７からは、偏光状態が揃った３つの色光で構成された画像光が射出される。

なお、各液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂから射出側偏光板（図２参照）を透過して射出される各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが、全て同じ状態の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）となる構成を採用することもできる。また、クロスダイクロイックプリズム２６の前段で各色光の偏光状態がすでに揃えられている場合には、色選択偏光変換素子２７は必要ない。

このように、色光合成光学系１２によって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された画像光は、光路切替素子３に向けて射出される。

本実施形態に係る画像形成装置２は、画像光を、第１の画像光と第２の画像光とに時分割して射出する。ここで、第１の画像光は、第１のサブフィールドに対応する画像光である。第２の画像光は、第２のサブフィールドに対応する画像光である。

図３は、光路切替素子３、偏光制御素子４、制御装置５、及び偏光板６を示す拡大図である。
光路切替素子３は、図３に示すように、偏光回転素子２８と、偏光切替素子２９と、複屈折光学素子３０と、を備えている。光路切替素子３は、画像形成装置２から射出された第１の画像光の光路と、第２の画像光の光路とをずらす。これにより、光路切替素子３からは、第１の画像光と第２の画像光とが交互に切り替わって射出される。

偏光回転素子２８は、画像形成装置２の光射出側に配置されている。偏光回転素子２８は、第１の画像光の偏光方向と第２の画像光の偏光方向とを所定の偏光方向に揃える。

以下、画素ずらしの方向について説明する。
画素は、後述する複屈折光学素子３０の光学軸Ｐ１（図４（Ａ）、（Ｂ）参照）をｘｙ平面から見たときの方向（以下、Ｐ１ｘｙと称する）にシフトする。したがって、画素を斜め４５°にシフトさせる場合には、Ｐ１ｘｙは斜め４５°に傾いている必要がある。

複屈折光学素子３０において、Ｐ１ｘｙに対して直交する方向の偏光（以下、常光という）は直進し、Ｐ１ｘｙに対して平行な方向の偏光（以下、異常光という）は屈折する。本実施形態の偏光回転素子２８は、第１の画像光をＰ１ｘｙに対して直交する方向に揃えて常光とし、第２の画像光をＰ１ｘｙに対して平行な方向に揃えて異常光とする。

なお、第１の画像光をＰ１ｘｙに対して平行な方向に揃えて異常光とし、第２の画像光をＰ１ｘｙに対して直交する方向に揃えて常光としてもよい。

図５では、画素ずらしの方向Ｕを斜め下方向（例えば斜め４５°）としている。

例えば、画素ずらしの幅（シフト幅）は、１／√２画素ピッチとする。この場合、第２のサブフィールドにおける表示画像が、第１のサブフィールドにおける表示画像に対して、水平方向に１／２画素、かつ垂直方向に１／２画素ずれた位置に配置される。

なお、画素ずらしの方向は斜め下方向に限らず、水平方向もしくは垂直方向等、種々の方向に設定することができる。

偏光切替素子２９は、図３に示すように、偏光切替駆動回路３１を介して制御装置５に接続されている。

偏光切替素子２９は、偏光回転素子２８から射出された第１の画像光の偏光方向と第２の画像光の偏光方向とを、互いの偏光方向が異なるようにそれぞれ所定の偏光方向に制御し、第１の画像光の偏光方向と第２の画像光の偏光方向とを交互に切り替える。

本実施形態の偏光切替素子２９は、第１の画像光の偏光方向が制御される所定の偏光方向をＰ１ｘｙに対して直交する方向に揃えて常光に対応させ、第２の画像光の偏光方向が制御される所定の偏光方向をＰ１ｘｙに対して平行な方向に揃えて異常光に対応させる。

なお、偏光回転素子２８から射出される画像光が常光若しくは異常光のどちらかである場合には、偏光切替素子２９が、第１の画像光の偏光方向を変えずに第１の画像光を常光として射出し、第２の画像光の偏光方向を変えて第２の画像光を異常光として射出するという構成でもよい。
また、偏光回転素子２８が画像光の偏光方向を適当な方向に揃えて、偏光切替素子２９から射出される画像光が常光と異常光とになるように合わせるという構成でもよい。

本実施形態の偏光切替素子２９は、ツイステッドネマチックモード（ＴＮモード）の液晶素子である。

なお、偏光切替素子２９としては、バーチカルアライメントモード（ＶＡモード）等の他のモードの液晶素子を採用することもできる。ただし、ＴＮモードの液晶素子は他のモードの液晶素子に比べて応答速度が速く、かつ、表示画像の色合いが変わりにくい。このような観点から、偏光切替素子２９としては、ＴＮモードの液晶素子を採用することが好ましい。

複屈折光学素子３０は、偏光切替素子２９の光射出側に配置されている。複屈折光学素子３０は、例えば方解石や水晶、あるいは液晶を配向させた液晶セル、高分子配向体等の屈折率異方性を有する部材で構成されている。複屈折光学素子３０は、入射する光の偏光方向に応じて異なる屈折作用を発現する。この作用により、複屈折光学素子３０は、偏光切替素子２９から入射された光の光路をその偏光方向に応じてずらして、入射された光を射出端面の異なる位置から射出させる。

なお、図１及び図２では、便宜上、偏光切替素子２９と複屈折光学素子３０とを互いに離間して示している。ただし、各液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの画像光による中間像が偏光切替素子２９上に結像される場合には、図３に示すように、複屈折光学素子３０を偏光切替素子２９の極近傍に配置することが望ましい。例えば、複屈折光学素子３０を偏光切替素子２９に密接させて配置することが望ましい。これにより、中間像の極近傍で光路を変更することができる。そのため、投射表示時の画質劣化を抑制でき、高画質な高精細画像表示を実現できる。

ここで、複屈折光学素子３０に入射した画像光の振る舞いについて、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図４（Ａ）、（Ｂ）は、複屈折光学素子３０の作用を説明するための図である。図４（Ａ）、（Ｂ）において、複屈折光学素子３０の光学軸Ｐ１は紙面に平行な面内に配置されているとする。図４（Ａ）において、複屈折光学素子３０に入射する偏光Ｌ１は常光であり、その偏光方向Ｐ_Ｏは紙面に垂直である。図４（Ｂ）において、複屈折光学素子３０に入射する偏光Ｌ２は異常光であり、その偏光方向Ｐ_Ｅは紙面に平行である。

図４（Ａ）に示すように、入射する偏光Ｌ１の偏光面（偏光方向Ｐ_Ｏと入射光の中心軸とを含む面）内に複屈折光学素子３０の光学軸Ｐ１が存在しない場合には、入射した偏光Ｌ１はその光路を変えずに射出される。一方、図４（Ｂ）に示すように、入射する偏光Ｌ２の偏光面（偏光方向Ｐ_Ｅと入射光の中心軸とを含む面）内に複屈折光学素子３０の光学軸Ｐ１が存在する場合には、複屈折光学素子３０の常光屈折率と異常光屈折率との差に起因する偏向角θに応じて、入射した偏光Ｌ２はその光路を変えて射出される。したがって、この例では、常光はその光路を変えずに射出され、異常光はその光路を変えて射出される。

ここで、厚みＴの複屈折光学素子３０の入射端面３０ａと射出端面３０ｂとが平行な状態で形成されている場合には、入射端面３０ａから入射した偏光はその光路がシフト量Ｄだけ平行シフトした状態で射出端面３０ｂから射出される。シフト量Ｄは偏向角θと厚みＴに依存し、Ｄ＝Ｔ・tanθで表される。

したがって、偏光切替素子２９から、第１の画像光が常光で射出され、第２の画像光が異常光で射出されたとき、常光の状態で複屈折光学素子３０に入射した第１の画像光は、その光路を変えずに射出される。一方、異常光の状態で複屈折光学素子３０に入射した第２の画像光は、その光路をシフト量Ｄだけ平行シフトさせた状態で射出される。

例えば、このシフト量Ｄを液晶ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂにおける斜め方向の画素ピッチの半分に設定する。この場合、図５に示すように、第１のサブフィールドの画像光と第２のサブフィールドの画像光とが、斜め方向の画素ピッチの半分だけずれた位置に表示されることになる。

偏光制御素子４は、図３に示すように、偏光制御駆動回路３２を介して制御装置５に接続されている。偏光制御素子４は、例えば、一対の基板と、一対の基板の内面に形成された透明電極と、一対の基板間に挟持された液晶と、を備えている。

偏光制御素子４は、制御装置５からの制御情報により、電圧を印加するか否かを判定し、判定結果により１／２波長の位相差を発生させるか否かを制御する。例えば、偏光制御素子４は、電圧を印加する場合（オン状態）には１／２波長の位相差を発生させる。一方、偏光制御素子４は、電圧を印加しない場合（オフ状態）には１／２波長の位相差を発生させない。

偏光制御素子４は、第１の表示期間に第１の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御し、遷移期間に第１の画像光及び第２の画像光の双方の画像光の偏光方向を第２の偏光方向に制御し、第２の表示期間に第２の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御する。なお、第１の表示期間、遷移期間、第２の表示期間、及び本実施形態に係る偏光制御素子４の制御タイミングについては後述する。

本実施形態の偏光制御素子４は、ＴＮモードの液晶素子である。

なお、偏光制御素子４としては、ＶＡモード等の他のモードの液晶素子を採用することもできる。ただし、ＴＮモードの液晶素子は他のモードの液晶素子に比べて応答速度が速く、かつ、表示画像の色合いが変わりにくい。このような観点から、偏光制御素子４としては、ＴＮモードの液晶素子を採用することが好ましい。

偏光板６は、偏光制御素子４の光射出側に配置されている。偏光板６は、第１の偏光方向に平行な透過軸を有する。偏光板６は、第２の偏光方向に平行な吸収軸を有する。偏光板６は、偏光制御素子４から射出される画像光のうち、第１の偏光方向の画像光を透過させ、第２の偏光方向の画像光を吸収する。

投射光学系７は、偏光板６から射出された第１の偏光方向の第１の画像光と第１の偏光方向の第２の画像光とをスクリーン３３に投射する。これにより、スクリーン３３には画像が拡大して表示される。

次に、本実施形態に係る偏光制御素子４による偏光方向の制御タイミングについて、図６を用いて説明する。

図６において、横軸は時間ｔを示している。図６の第１段は、光路切替素子３に入射する画像光、すなわち画像形成装置２（液晶ライトバルブ）から時分割で交互に射出される第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとを示している。図６の第２段は、偏光切替素子２９による偏光方向の切替を示している。図６の第３段は、偏光制御素子４による偏光方向の制御を示している。図６の第４段は、スクリーン３３に投射される投射画像を示している。

図６において、符号ＦＬは、単位フィールドである。符号Ｆｓ１は、画像形成装置２に第１の画像データの書き込みが行われる第１のサブフィールドである。符号Ｆｓ２は、画像形成装置２に第２の画像データの書き込みが行われる第２のサブフィールドである。符号Ｔは、単位フィールドの周期である。符号Ｔｓ１は、第１のサブフィールドの周期である。符号Ｔｓ２は、第２のサブフィールドの周期である。符号Ｈａ１は、第１の画像データの書き込みが完了して第１の画像光を射出する（第１の画像データに基づく画像を表示する）第１の表示期間である。符号Ｈａ２は、画像形成装置２からの射出光が第１の画像光ＬＡから第２の画像光ＬＢに切り替わるまでの第１の遷移期間である。符号Ｈｂ１は、第２の画像データの書き込みが完了して第２の画像光を射出する（第２の画像データに基づく画像を表示する）第２の表示期間である。符号Ｈｂ２は、画像形成装置２からの射出光が第２の画像光ＬＢから第１の画像光ＬＡに切り替わるまでの第２の遷移期間である。遷移期間は、射出光が切り替わる、即ち書き込みの期間である。

例えば、単位フィールドの周期Ｔは、１／６０＝１６．７ミリ秒である。第１のサブフィールドの周期Ｔｓ１は、１／１２０＝８．３ミリ秒である。第２のサブフィールドの周期Ｔｓ２は、１／１２０＝８．３ミリ秒である。第１の表示期間Ｈａ１の周期は、１／１６０＝６．３ミリ秒である。第１の遷移期間Ｈａ２の周期は、１／４８０＝２．１ミリ秒である。第２の表示期間Ｈｂ１の周期は、１／１６０＝６．３ミリ秒である。第２の遷移期間Ｈｂ２の周期は、１／４８０＝２．１ミリ秒である。

図６の第１段に示すように、液晶ライトバルブからは、第１の画像光ＬＡが周期Ｔｓ１で、第２の画像光ＬＢが周期Ｔｓ２で、それぞれ交互に時分割で射出される。単位フィールドの周期が１６．７ミリ秒程度の短時間に２つのサブフィールドを表示すれば、人間の目の残像効果により１枚の高精細な画像として視認される。

１サブフィールドでは、同じ画像データを４回書いている。遷移期間においては、液晶ライトバルブ上で、第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとが併存している。例えば、第１の遷移期間Ｈａ２においては、第１のサブフィールドＦｓ１（書き換え前のサブフィールド）の第１の画像光ＬＡ（書き換え前の画像光）と第２のサブフィールドＦｓ２（新たに書き換えられるサブフィールド）の第２の画像光ＬＢ（新たに書き換えられる画像光）とが併存している。

図６の第２段に示すように、偏光切替素子２９は、周期Ｔｓ１において、液晶ライトバルブから射出された第１の画像光ＬＡの偏光方向を第１の偏光方向（右下がり斜めの矢印）に切り替える（シフトＡ）。偏光切替素子２９は、周期Ｔｓ２において、液晶ライトバルブから射出された第２の画像光ＬＢの偏光方向を第２の偏光方向（右上がり斜めの矢印）に切り替える（シフトＢ）。これにより、図４（Ａ）、（Ｂ）に示したように、複屈折光学素子３０により、第１の偏光方向の第１の画像光ＬＡの光路と第２の偏光方向の第２の画像光ＬＢの光路とが互いにずらされる。

図６の第３段に示すように、偏光制御素子４は、第１の表示期間Ｈａ１において、第１の画像光ＬＡの偏光方向を第１の偏光方向（右下がり斜めの矢印）に制御する。本実施形態では、第１の表示期間Ｈａ１において、第１の画像光ＬＡの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向のままに制御される（非回転）。これにより、第１の表示期間Ｈａ１においては、第１の画像光ＬＡの偏光方向が上述した偏光板６の透過軸と平行な方向に揃えられる。

偏光制御素子４は、第１の遷移期間Ｈａ２において、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢの双方の画像光の偏光方向を第２の偏光方向（右上がり斜めの矢印）に制御する。本実施形態では、第１の遷移期間Ｈａ２において、第１の画像光ＬＡの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向に対して偏光方向が９０°回転するように制御される（回転）。これにより、第１の遷移期間Ｈａ２においては、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢの双方の画像光の偏光方向が上述した偏光板６の吸収軸と平行な方向に揃えられる。

偏光制御素子４は、第２の表示期間Ｈｂ１において、第２の画像光ＬＢの偏光方向を第１の偏光方向（右下がり斜めの矢印）に制御する。本実施形態では、第２の表示期間Ｈｂ１において、第２の画像光ＬＢの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向に対して偏光方向が９０°回転するように制御される（回転）。これにより、第２の表示期間Ｈｂ１においては、第２の画像光ＬＢの偏光方向が上述した偏光板６の透過軸と平行な方向に揃えられる。

偏光制御素子４は、第２の遷移期間Ｈｂ２において、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢの双方の画像光の偏光方向を第２の偏光方向に制御する。本実施形態では、第２の遷移期間Ｈｂ２において、第２の画像光ＬＢの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向のままに制御される（非回転）。これにより、第２の遷移期間Ｈｂ２においては、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢの双方の画像光の偏光方向が上述した偏光板６の吸収軸と平行な方向に揃えられる。

図６の第４段に示すように、スクリーン３３には第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとが遮光状態を挟んで時分割で交互に投射される。

具体的には、第１の表示期間Ｈａ１においては、第１の画像光ＬＡがスクリーン３３に投射される。第１の遷移期間Ｈａ２においては、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢが、偏光板６により遮光される。第２の表示期間Ｈｂ１においては、第２の画像光ＬＢがスクリーン３３に投射される。第２の遷移期間Ｈｂ２においては、第１の画像光ＬＡ及び第２の画像光ＬＢが、偏光板６により遮光される。

これにより、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとが併存した画像光がスクリーン３３に表示されることを抑制することができる。

本実施形態に係る偏光制御素子４による偏光方向の制御としては、以下の制御を採用することができる。

制御装置５は、偏光制御素子４の第１の遷移期間Ｈａ２における偏光方向の制御を、第１のサブフィールドから第２のサブフィールドへの切り替わりの始めのタイミングＫ１に同期させて行う。制御装置５は、偏光制御素子４の第２の遷移期間Ｈｂ２における偏光方向の制御を、第２のサブフィールドから第１のサブフィールドへの切り替わりの始めのタイミングＫ２に同期させて行う。

つまり、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、偏光制御素子４による偏光方向の制御が始まるタイミングＷ１，Ｗ２とサブフィールドの切り替わり始めのタイミングＫ１，Ｋ２とを同期させる。例えば、偏光制御駆動回路３２を介して偏光制御素子４に伝達する駆動信号を、液晶ライトバルブに伝達される駆動信号に同期させることにより行う。

これにより、サブフィールドの切り替わり始めのタイミングＫ１，Ｋ２に合わせて、偏光方向を制御することができる。よって、遷移期間Ｈａ２，Ｈｂ２における画像光の遮光を確実に行うことができる。

なお、結果的に、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、偏光制御素子４による偏光方向の制御が新たに切り替わるタイミングＶ１，Ｖ２と、偏光切替素子２９による偏光方向の切替タイミングＪ１，Ｊ２とが一致する。

以上説明したように、本実施形態に係るプロジェクター１によれば、偏光制御素子４による偏光方向の制御により、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとが併存した画像光がスクリーン３３に表示されることを抑制することができる。特許文献１のように遮光ホイールの回転により光を遮光する構成であると、光が一端から徐々に遮光されていく。これに対し、本実施形態によれば、画像光を一括して遮光することができる。したがって、視認画質の劣化を抑制することができる。
また、特許文献１では、遮光ホイールが物理的なスペースをとるため、プロジェクターの筐体を大きくする必要がある。これに対し、本実施形態においては、遮光ホイールを配置するためのスペースを要しないため、プロジェクターの筐体を大きくする必要がない。よって、本実施形態によれば、プロジェクター１の大型化を抑制することができる。

[第２実施形態]
図７は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクター１０１の要部を示す図である。
図７に示すように、本実施形態においては、偏光板６に替えて偏光ビームスプリッタ１０２を備えている点、受光素子１０３を備えている点が上述の第１実施形態に係るプロジェクター１と異なっている。その他の点は上述の構成と同様であるので、第１実施形態で使用した図と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態においては、偏光制御素子４の光射出側に偏光ビームスプリッタ１０２が配置されている。偏光ビームスプリッタ１０２の内部の斜面には、第１の偏光方向の第１の画像光と第１の偏光方向の第２の画像光とを透過するとともに、第２の偏光方向の第１の画像光と第２の偏光方向の第２の画像光とを反射する偏光分離膜１０２ａが設けられている。

偏光ビームスプリッタ１０２は、第１の偏光方向の第１の画像光と第１の偏光方向の第２の画像光とを透過して図示しない投射光学系に向けて射出する。偏光ビームスプリッタ１０２は、第２の偏光方向の第１の画像光と第２の偏光方向の第２の画像光とを反射して受光素子１０３に向けて射出する。なお、図７においては、便宜上、偏光ビームスプリッタ１０２により反射される画像光の光路を実線で示し、偏光ビームスプリッタ１０２を透過する画像光の光路を破線で示している。

受光素子１０３は、偏光ビームスプリッタ１０２から射出された第２の偏光方向の第１の画像光と第２の偏光方向の第２の画像光とを受光する。すなわち、受光素子１０３は、スクリーン３３に投射されない画像光を受光する。

本実施形態に係るプロジェクター１０１によれば、表示に寄与しない画像光の光量を検出することができる。

なお、本実施形態においては、偏光制御素子４の光射出側にプリズム形状の偏光ビームスプリッタ１０２が配置されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、偏光ビームスプリッタ１０２の形状は、プリズム形状ではなく板状であってもよい。

[変形例]
次に、上記実施形態に係る偏光制御素子４による偏光方向の制御タイミングの変形例について、図８を用いて説明する。

図８に示すように、本変形例においては、偏光切替素子２９による偏光方向の切替（図８に示す第２段）、及び偏光制御素子４による偏光方向の制御（図８に示す第３段）が上記実施形態に係るプロジェクターと異なっている。その他の点（図８に示す第１段及び第４段）は上述の構成と同様であるので、上記実施形態で使用した図と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図８の第２段に示すように、偏光切替素子２９は、上記実施形態に係る偏光切替素子２９の偏光方向の切替タイミングに対して単位サブフィールド分早く、液晶ライトバルブから射出された第１の画像光ＬＡの偏光方向を第１の偏光方向（右下がり斜めの矢印）に切り替える（シフトＡ）。偏光切替素子２９は、上記実施形態に係る偏光切替素子２９の偏光方向の切替タイミングに対して単位サブフィールド分早く、液晶ライトバルブから射出された第２の画像光ＬＢの偏光方向を第２の偏光方向（右上がり斜めの矢印）に切り替える（シフトＢ）。

図８の第３段に示すように、本実施形態では、第１の遷移期間Ｈａ２において、第２の画像光ＬＢの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向のままに制御される（非回転）。第２の遷移期間Ｈｂ２において、第１の画像光ＬＡの偏光方向が偏光切替素子２９により切り替えられた偏光方向に対して偏光方向が９０°回転するように制御される（回転）。なお、図８の第３段において、右下がり斜めの矢印は第１の偏光方向を意味し、右上がり斜めの矢印は第２の偏光方向を意味する。

このような制御においても、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、第１の画像光ＬＡと第２の画像光ＬＢとが併存した画像光がスクリーン３３に表示されることを抑制することができる。

本変形例に係る偏光制御素子４による偏光方向の制御としては、以下の制御を採用することができる。

制御装置５は、偏光制御素子４の第１の遷移期間Ｈａ２における偏光方向の制御を、偏光切替素子２９の第１の偏光方向から第２の偏光方向の切替タイミングＱ１に同期させて行う。制御装置５は、偏光制御素子４の第２の遷移期間Ｈｂ２における偏光方向の制御を、偏光切替素子２９の第２の偏光方向から第１の偏光方向の切替タイミングＱ２に同期させて行う。

つまり、第１の遷移期間Ｈａ２及び第２の遷移期間Ｈｂ２のそれぞれにおいて、偏光制御素子４による偏光方向の制御が始まるタイミングＷ１，Ｗ２と、偏光切替素子２９による偏光方向の切替タイミングＱ１，Ｑ２とを同期させる。例えば、偏光制御駆動回路３２を介して偏光制御素子４に伝達する駆動信号を、偏光切替駆動回路３１を介して偏光切替素子２９に伝達される駆動信号に同期させることにより行う。

本変形例によれば、偏光切替素子２９による偏光方向の切替タイミングに合わせて、偏光方向を制御することができる。よって、遷移期間Ｈａ２，Ｈｂ２における画像光の遮光を確実に行うことができる。

なお、上記実施形態におけるプロジェクターは透過型のプロジェクターであるが、これに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターであってもよい。ここで、「透過型」とは、透過型の液晶素子等のように光変調素子が光を透過するタイプであることを意味している。「反射型」とは、反射型の液晶素子等のように光変調素子が光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクターに本発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクターと同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態におけるプロジェクターは３つの液晶ライトバルブを用いた３板式のプロジェクターであるが、これに限定されるものではない。例えば、１つの液晶ライトバルブを用いた単板式のプロジェクターにも適用することができる。

また、上記実施形態のプロジェクターでは、光変調素子として液晶ライトバルブを用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。光変調素子としては、一般に、画像情報に応じて入射光を変調するものであればよく、マイクロミラー型光変調素子等を利用してもよい。マイクロミラー型光変調素子としては、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）（ＴＩ社の商標）を用いることができる。

本発明は、投射画像を観察する側から投射するフロント投射型プロジェクターに適用する場合にも、投射画像を観察する側とは反対の側から投射するリア投射型プロジェクターに適用する場合にも、適用することができる。

以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の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。
その他、プロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

１，１０１…プロジェクター、２…画像形成装置、３…光路切替素子、４…偏光制御素子、５…制御装置、６…偏光板、７…投射光学系、８…光源、１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、２８…偏光回転素子、２９…偏光切替素子、３０…複屈折光学素子、１０２…偏光ビームスプリッタ、１０３…受光素子、Ｆｓ１…第１のサブフィールド、Ｆｓ２…第２のサブフィールド、Ｈａ１…第１の表示期間、Ｈａ２…第１の遷移期間、Ｈｂ１…第２の表示期間、Ｈｂ２…第２の遷移期間、ＬＡ…第１の画像光、ＬＢ…第２の画像光、Ｑ１…偏光切替素子の第１の偏光方向から第２の偏光方向への切替タイミング、Ｑ２…偏光切替素子の第２の偏光方向から第１の偏光方向への切替タイミング、Ｋ１…第１のサブフィールドから第２のサブフィールドへの切り替わり始めのタイミング、Ｋ２…第２のサブフィールドから第１のサブフィールドへの切り替わり始めのタイミング

Claims (9)

1. 画像光を、第１の画像データの書き込みが行われる第１のサブフィールドに対応する第１の画像光と、前記第１のサブフィールドに時間的に隣接するとともに第２の画像データの書き込みが行われる第２のサブフィールドに対応する第２の画像光と、に時分割して射出する画像形成装置と、
   前記第１の画像光と前記第２の画像光とが交互に切り替わって射出されるように、前記画像形成装置から射出された前記第１の画像光の光路と、前記第２の画像光の光路とをずらす光路切替素子と、
   前記第１の画像データの書き込みが完了して前記第１の画像光を射出する第１の表示期間に前記第１の画像光の偏光方向を第１の偏光方向に制御し、前記画像形成装置からの射出光が前記第１の画像光から前記第２の画像光に切り替わるまでの遷移期間に前記第１の画像光及び前記第２の画像光の双方の画像光の偏光方向を前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に制御し、前記第２の画像データの書き込みが完了して前記第２の画像光を射出する第２の表示期間に前記第２の画像光の偏光方向を前記第１の偏光方向に制御する偏光制御素子と、
   前記画像形成装置と前記光路切替素子と前記偏光制御素子とを制御する制御装置と、
   前記偏光制御素子の光射出側に配置され、前記第１の偏光方向の光を透過させる偏光板と、
   前記偏光板から射出された前記第１の偏光方向の前記第１の画像光と前記第１の偏光方向の前記第２の画像光とを投射する投射光学系と、
   を含むプロジェクター。
2. 前記光路切替素子は、
   前記画像形成装置から射出された前記第１の画像光の偏光方向と前記第２の画像光の偏光方向とを、互いの偏光方向が異なるようにそれぞれ所定の偏光方向に制御し、前記第１の画像光の偏光方向と前記第２の画像光の偏光方向とを交互に切り替える偏光切替素子と、
   前記偏光切替素子から射出された所定の偏光方向の前記第１の画像光の光路と所定の偏光方向の前記第２の画像光の光路とをずらす複屈折光学素子と、
   を含む請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記光路切替素子は、
   前記画像形成装置の光射出側に配置され、前記画像形成装置から射出された前記画像光の偏光方向を回転させて前記画像光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光回転素子をさらに含む請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記偏光切替素子と前記偏光制御素子のうち少なくとも一方は、ツイステッドネマチックモードの液晶素子である請求項２または３に記載のプロジェクター。
5. 前記制御装置は、前記偏光制御素子の前記遷移期間における偏光方向の制御を、前記偏光切替素子の前記第１の偏光方向から前記第２の偏光方向への切替タイミングに同期させて行う請求項２ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記制御装置は、前記偏光制御素子の前記遷移期間における偏光方向の制御を、前記第１のサブフィールドから前記第２のサブフィールドへの切り替わり始めのタイミングに同期させて行う請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記偏光板は、前記第２の偏光方向の光を吸収する請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
8. 前記偏光板は、前記第２の偏光方向の前記第１の画像光と前記第２の偏光方向の前記第２の画像光とを反射し、
   前記偏光板によって反射された前記第２の偏光方向の前記第１の画像光と前記第２の偏光方向の前記第２の画像光とを受光する受光素子をさらに含む請求項１ないし６のいずれか一項に記載のプロジェクター。
9. 前記画像形成装置は、
   光を射出する光源と、
   前記光源から射出された光を、前記第１のサブフィールドに対応する第１の画像データに基づいて変調して前記第１の画像光として射出するとともに、前記第２のサブフィールドに対応する第２の画像データに基づいて変調して前記第２の画像光として射出する光変調素子と、
   を含む請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクター。
   

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