JP4998002B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

従来、光源により液晶ライトバルブ等の空間光変調器を照明し、その空間光変調器で変調された画像光を投射レンズ等の投射光学系でスクリーンに拡大投射するプロジェクタが広く知られている。この種のプロジェクタにおいて、画像光による表示を行う際、スクリーン等の散乱体で光の干渉が生じることによって明点と暗点とが縞模様あるいは斑模様に分布する、いわゆる「シンチレーション（あるいは「スペックル」とも言う）」と呼ばれる現象が発生する場合がある。

シンチレーションは、観察者に対してぎらつき感を与え、画像鑑賞時に不快感を与えるなどの悪影響を及ぼす原因となる。特にレーザ光は干渉性が高い光であることから、シンチレーションが発生しやすい。ところが、ランプ光源の場合でも近年は短アーク化によって干渉性が高くなっており、シンチレーションを除去する技術が重要になってきている。
従来のレーザ投影型表示システムにおいて、レーザ光源と空間光変調器との間にホログラフィー拡散器のような光拡散器を装入し、この光拡散器を電気モータ等の運動付与手段を用いて直線運動、円運動、ランダム運動させることによりシンチレーションを除去する技術が既に提案されている（例えば、特許文献１）。この技術は、光拡散器を運動させることでスペックルパターン（干渉模様）を動的に変化させて人間の目に感じさせないようにするというものである。
特開２００３−９８４７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のレーザ投影型表示システムでは、光拡散器の運動付与手段として電気モータ、振動モータ、リニアアクチュエータが例示されている。しかしながら、これらのものでは光拡散器を高速に移動させ得る応答性に乏しいという問題がある。また、振動や雑音、消費電力等についての問題も多く、実用化が極めて難しいと考えられる。したがって、この技術を用いたとしてもシンチレーションが効果的に除去できないおそれがあり、実用性の面でユーザの満足が得られないものとなってしまう。

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、シンチレーションを効果的に除去可能であり、かつ、振動や雑音、消費電力等の点で実用性に優れた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、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明のプロジェクタは、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、複数の画素を有する空間光変調素子と、該空間光変調素子により変調された光を所定の位置に結像させる第１結像光学系と、前記所定の位置あるいは前記所定の結像位置の近傍に配置され、前記第１結像光学系において結像された光の位相を領域ごとに時間的に変化させて反射させ、複数の画素を有する反射型位相変調素子と、該反射型位相変調素子において反射された光を被投射面上に結像させる第２結像光学系と、を備え、前記空間光変調素子の前記複数の画素のうちの１画素から射出される光が、前記反射型位相変調素子の前記複数の画素のうち少なくとも２つ以上の画素に対応して入射することを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出された光は、空間光変調素子により画像情報に応じて変調される。変調された光は第１結像光学系により中間像として結像され、第１結像光学系の位置に配置された反射型位相変調素子に入射する。そして、反射型位相変調素子において反射した光の位相は領域ごとに時間的に変化するので、スペックルのパターンが時間的に変化する。これにより、第２結像光学系を介して被投射面に投射される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下し、その結果、ぎらつきが抑えられた光となる。したがって、簡易な構成により、射出される光のぎらつきの発生を抑えることができる。さらに、従来のように機械的な駆動系を用いないため、振動や雑音、消費電力等の点で実用性に優れたプロジェクタを提供することが可能となる。また、本発明では、長期間使用しても機械的な劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。

さらには、透過型の位相変調素子を用いた場合に比べ、反射型の位相変調素子は、画素間の遮光部の大きさを狭くすることができるため、空間光変調素子の画素間の遮光部との干渉がほとんどない。これにより、被投射面に投射される光にモアレ縞が発生するのを抑えることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記空間光変調素子の前記複数の画素の１画素から射出される光が、前記反射型位相変調素子の前記複数の画素のうち少なくとも１つ以上の画素に対応して入射することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、光源装置から射出された光は、空間光変調素子により変調された後、反射型位相変調素子に入射する。このとき、空間光変調素子の複数の画素の１画素から射出される光が、反射型位相変調素子の複数の画素のうち少なくとも１つ以上の画素に対応して入射する。これにより、空間光変調素子により射出された画像の１画素の光の位相は、反射型位相変調素子の１画素により変調される。そして、反射型位相変調素子に結像された中間像は、画素ごとにスペックルパターンが変化され、第２結像光学系に向かって反射される。このように、画素ごとにスペックルパターンが変化しているため、画像全体の干渉性が低下するので、よりぎらつきが抑えられた画像を被投射面に投射することが可能となる。

また、空間光変調素子の複数の画素の１画素から射出される光を、反射型位相変調素子の２つ以上の画素に対応して入射させることにより、中間像の１画素内において複数のスペックルパターンを得ることができる。これにより、より干渉性が低下し、ぎらつきが抑えられた画像を被投射面に投射することが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記反射型位相変調素子の前記複数の画素を複数の領域に分け、前記領域ごとに射出される光の位相を制御することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、反射型位相変調素子の複数の画素を複数の領域に分け、領域ごとに射出される光の位相を制御する。これにより、領域ごとに射出される光のスペックルパターンが異なるため、干渉性が低下し、第２結像光学系に射出される光のぎらつきが抑えられる。このように、領域ごとに反射型位相変調素子を制御することにより、複数の画素を一括して駆動すれば良いため、反射型位相変調素子から射出される光の位相変調の制御が簡易となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記空間光変調素子と前記反射型位相変調素子とを平行に配置するとともに、前記空間光変調素子から射出された光の中心軸と前記第１結像光学系の光軸とを平行にずらして配置し、前記反射型位相変調素子と前記被投射面とを平行に配置するとともに、前記反射型位相変調素子から射出された光の中心軸と前記第２結像光学系の光軸とを平行にずらして配置することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、空間光変調素子と反射型位相変調素子とを平行に配置し、空間光変調素子から射出された光の中心軸と第１結像光学系の光軸とを平行にずらすことにより、反射型位相変調素子に結像される画像に歪みが生じない。同様に、第２結像光学系により被投射面に投射される画像に歪みが生じない。これにより、反射型位相変調素子に中間像を形成しても像が歪んで被投射面に投射されることはない。したがって、スペックルの発生を抑えるとともに、被投射面には歪みのない画像を表示することが可能となる。
なお、ここで言う「平行」とは、空間光変調素子、第１結像光学系、第２結像光学系、反射型位相変調素子から射出される光の中心軸を直線的に見たときに、それぞれの光学素子の配置をさしている。

また、本発明のプロジェクタは、前記空間光変調素子が反射型の光変調素子であることが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、空間光変調素子が反射型の光変調素子であるため、空間光変調素子においても遮光部が狭く開口率が高い。したがって、反射型の光変調素子において反射された光と、反射型位相変調素子において反射された光との干渉を抑えることができるため、反射型位相変調素子から射出される光のモアレの発生を最も抑制することが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記光源装置が複数の異なる波長の光を射出し、
前記反射型位相変調素子が、前記第１結像光学系から射出された光に前記複数の異なる波長の光のうち少なくとも１種類の光の波長の１／２波長の位相差を付与することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、反射型位相変調素子が、第１結像光学系から射出された光に、光源装置から射出された複数の異なる波長の光の少なくとも１種類の光の波長の１／２波長の位相差を付与する。これにより、反射型位相変調素子において反射される光の位相差を時間的に１／２波長にすることができる。したがって、反射型位相変調素子から射出される光のスペックルは打ち消し合うため、より低減することが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記複数の異なる波長の光が赤色光、緑色光、青色光を有し、前記反射型位相変調素子が、前記赤色光、緑色光、青色光に、当該赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの光の波長の１／２波長の位相差を順に付与することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、反射型位相変調素子が、赤色光、緑色光、青色光に、当該赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの光の波長の１／２波長の位相差を順に付与する。これにより、赤色光、緑色光、青色光に発生するスペックルを時間的に順に低減させることが可能となる。
なお、位相差を付与する順番は、赤色光、緑色光、青色光の順に限らず、緑色光、青色光、赤色光の順等どのような順番であっても良い。

また、本発明のプロジェクタは、前記反射型位相変調素子が、前記緑色光に当該緑色光の波長の１／２波長の位相差を付与することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、赤色光、緑色光、青色光のうち人間の眼の視感度は緑色が最も高いため、緑色光のスペックルが最も目立つので、位相差が緑色光の波長の１／２波長となるように反射型位相変調素子を制御する。これにより、被投射面に投射される画像のスペックルを目立たなくさせることが可能となる。

また、本発明のプロジェクタは、前記反射型位相変調素子に前記複数の異なる波長の光を逐次入射させる色時分割手段を備え、前記反射型位相変調素子が、前記色時分割手段により前記反射型位相変調素子に逐次入射した波長の光に、当該光の波長の１／２波長の位相差をそれぞれ付与することが好ましい。

本発明に係るプロジェクタでは、反射型位相変調素子に複数の異なる波長の光が逐次入射するため、反射型位相変調素子に入射した波長の光に応じてその波長の光の１／２波長の位相差を付与することができる。これにより、反射型位相変調素子から射出される複数の異なる波長の光のいずれの色光の干渉性を低下させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るプロジェクタの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、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］
本実施の形態のプロジェクタは、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の異なる色光ごとに透過型液晶ライトバルブを備えた３板式の投射型カラー液晶プロジェクタであり、画像をスクリーンに投写させるものである。
図１は、本実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す平面図であり、図２は反射型位相変調素子を示す断面図であり、図３は反射型位相変調素子の電圧の制御領域を示す図であり、図４は反射型位相変調素子の配置を示す図である。

［プロジェクタの全体構成］
プロジェクタ１は、図１に示すように、光源部１０と、色分離部（色分離手段）２０と、液晶ライトバルブ３０と、ダイクロイックプリズム（色合成手段）３５と、投射部４０とを備えている。

［光源部］
光源部１０は、光を射出する高圧水銀ランプ（光源装置）１１と、高圧水銀ランプ１１から射出された光の照度分布を均一化する第１，第２フライアレイレンズ１２ａ，１２ｂと、均一化された不定偏光状態の光を特定の偏光方向の光に変換する偏光変換素子１３とを備えている。また、高圧水銀ランプ１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）と緑色光（以下、「Ｇ光」という。）と青色光（以下、「Ｂ光」という。）とを含む白色光を射出するものである。
なお、第１，第２フライアレイレンズ１２ａ，１２ｂ、偏光変換素子１３は必ずしも必要ではない。

［色分離部］
色分離部２０は、高圧水銀ランプ１１から射出された光のうち、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させるＲ光反射ダイクロイックミラー２１と、Ｇ光を反射させ、Ｂ光を透過させるＧ光反射ダイクロイックミラー２２とを備えている。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＲ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１において光路が９０度折り曲げられ、反射ミラー２５に入射する。そして、Ｒ光は、反射ミラー２５により光路が９０度折り曲げられ、Ｒ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｒに入射される。

高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＧ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１を透過し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー２２においてＧ光の光路が９０度曲げられる。そして、Ｇ光はＧ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｇに入射される。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＢ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー２１及びＧ光反射ダイクロイックミラー２２を透過し、リレーレンズ２６を経由して反射ミラー２７に入射する。反射ミラー２７に入射したＢ光は、光路が９０度曲げられ、リレーレンズ２８を経由して反射ミラー２９に入射する。反射ミラー２９に入射した光は、光路が９０度曲げられ、Ｂ光用液晶ライトバルブ（空間光変調素子）３０Ｂに入射される。

［液晶ライトバルブ及びダイクロイックプリズム］
液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂそれぞれは、入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光を画像信号に応じて変調するものであり、入射側偏光板３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂと、液晶パネル３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂと、射出側偏光板３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとを備えている。
また、ダイクロイックプリズム（色合成手段）３５は、２つのダイクロイック膜３５ａ，３５ｂがＸ字型に直交して配置された構成となっている。ダイクロイック膜３５ａは、Ｂ光を反射させ、Ｒ光，Ｇ光を透過させる。また、ダイクロイック膜３５ｂは、Ｒ光を反射させ、Ｇ光，Ｂ光を透過させる。このように、ダイクロイックプリズム３５は、液晶ライトバルブ３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれにおいて変調されたＲ光，Ｇ光及びＢ光を合成する。これにより、スクリーン（被投射面）５０上でフルカラーの画像を得ることができる。

［投射部］
投射部４０は、図１に示すように、第１結像レンズ（第１結像光学系）４１と、反射型液晶素子（反射型位相変調素子）４２と、第２結像レンズ（第２結像光学系）４３とを備えている。
第１結像レンズ４１は、ダイクロイックプリズム３５から射出された光を中間像として結像させるレンズである。また、反射型液晶素子４２は、第１結像レンズ４１の結像面（結像位置）に位置するように配置されている。
第２結像レンズ４３は、反射型液晶素子４２において反射された光をスクリーン５０に向かって拡大して投射するレンズである。
なお、第１，第２結像レンズ４１，４３は１枚のレンズにより構成された例を図示したが、２枚以上であっても良く、凹レンズ及び凸レンズを組み合わせた構成であっても良い。

また、液晶ライトバルブ３０と、第１結像レンズ４１と、反射型液晶素子４２との位置関係がレンズシフト系となっている。すなわち、図１に示すように、ダイクロイックプリズム３５から射出されたレーザ光の中心軸Ｏ１と、第１結像レンズ４１の光軸Ｐ１とを一致させない光学系となっている。具体的には、第１結像レンズ４１は当該第１結像レンズ４１の光軸Ｐ１がレーザ光の中心軸Ｏ１に対して平行にずれるように配置されている。これにより、ダイクロイックプリズム３５から射出されたレーザ光は、第１結像レンズ４１の光軸Ｐ１を中心とせずに、紙面上方に結像される。

さらに、反射型液晶素子４２と、第２結像レンズ４３と、スクリーン５０との位置関係がレンズシフト系となっている。すなわち、反射型液晶素子４２において反射されたレーザ光の中心軸Ｏ２と、第２結像レンズ４３の光軸Ｐ２とを一致させない光学系となっている。具体的には、第２結像レンズ４３は当該第２結像レンズ４３の光軸Ｐ２がレーザ光の中心軸Ｏ２に対して平行にずれるように配置されている。これにより、反射型液晶素子４２から射出されたレーザ光は、第２結像レンズ４２の光軸Ｐ２を中心とせずに、紙面上方に結像される。

次に、反射型液晶素子４２について説明する。
反射型液晶素子４２は、図３に示すように、複数の画素Ｔを有しており、複数の画素Ｔごとにマトリクス状に配置された反射画素電極５１を備えている。また、反射型液晶素子４２は、図２に示すように、反射画素電極５１に薄膜トランジスタからなるスイッチング素子が接続されたアクティブマトリックス型液晶素子であり、一対の基板５２，５３間に液晶層５４が挟持された構造となっている。基板５３は珪素からなり、その一部にソース５５、ドレイン５６が形成されている。また、基板５２上には、アルミニウムからなるソース電極５７及びドレイン電極５８と、二酸化珪素からなるチャネル５９と、珪素層６０及びタンタル層６１とからなるゲート電極と、層間絶縁膜６２と、アルミニウムからなる反射画素電極５１とが形成されている。
また、ドレイン電極５８と反射画素電極５１とは、コンタクトホールＨを介して電気的に接続されている。反射画素電極５１は不透明であるため、ゲート電極、ソース電極５７、ドレイン電極５８の上に層間絶縁膜６２を介して積層することができる。したがって、隣り合う反射画素電極５１間、すなわち遮光部５１ａの距離Ｘ（０．４μｍ程度）をかなり小さくすることができ、透過型液晶素子に比べて開口率を大きく取ることができる。
なお、本実施形態においては、ドレイン５６、二酸化珪素６３、珪素層６４、タンタル層６５から構成される保持容量部を設けている。
一方、対向する基板５３には、液晶層５４側の面にＩＴＯからなる対向電極６６が形成されており、他方の面には反射防止層６７が形成されている。この対向電極６６とそれぞれの反射画素電極５１との間には駆動回路７０が設けられており、この駆動回路７０には電源Ｅが設けられている。この駆動回路７０により電源Ｅから電極６６，５１間に印加する電圧が制御されている。

次に、駆動回路７０の電源Ｅからの電圧の制御について説明する。
駆動回路７０は、図３に示すように、反射型液晶素子４２の電極６６，５１間に印加する電圧を上端４２ａから下端４２ｂに向かって列（１本の走査線に対応する複数の画素）Ｌごとに帯状に制御する。
具体的には、駆動回路７０は、列Ｌごとに対向電極６６とそれぞれの反射画素電極５１との間に０Ｖ、２０Ｖの電圧が交互に印加されるように制御する。これにより、対向電極６６とそれぞれの反射画素電極５１との間に２０Ｖの電圧が印加されている列Ｌから反射された光の位相は、液晶の配向状態に応じて変調する。なお、電極６６，５１間に印加する電圧は液晶の種類に応じて適宜変更することが可能である。
一方、対向電極６６とそれぞれの反射画素電極５１との間に０Ｖの電圧が印加されている他の列Ｌから反射された光の位相は変化しない。このようにして、反射型液晶素子４２は入射した光の位相を時間的に変化させる。
また、反射型液晶素子４２に入射した光は液晶層５４を往復するため、基板５３から入射した光が反射画素電極５１において反射するまでに、所望の位相変調の半分の位相が変調するように、駆動回路７０により電源Ｅから印加させる電圧を制御し、液晶の配向状態を調整する。

また、駆動回路７０により電圧が印加される列Ｌを次の列Ｌに切り替える周波数は、人間が感知可能なフリッカ周波数よりも高い周波数、例えば、２４Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上となるように、駆動回路７０により制御されている。
さらに、電圧変化は、規則的な周期及び電圧値を持つ波形ではなく、ランダムの波形（例えば、雑音から生成した波形）であることが好ましい。このように、ランダムの波形にすることで、ランダムなスペックルパターンが残像効果により時間積分されるため、反射型液晶素子４２から射出されるレーザ光のぎらつきをより抑えることが可能となる。

また、反射画素電極５１の１画素Ｔは、液晶ライトバルブ３０の１画素に対応している。すなわち、第１結像レンズ４１は等倍のレンズである。これにより、液晶ライトバルブ３０により射出された画像の１画素の光の位相は、反射型液晶素子４２の１つ画素Ｔにより変調される。このようにして、反射型液晶素子４２に結像された中間像は、画素Ｔごとにスペックルパターンが変化され、第２結像レンズ４３に向かって反射される。

また、図４に示すように、反射型液晶素子４２を当該反射型液晶素子４２の垂直方向の軸Ｍ１を中心に回転させて傾斜させることで、ダイクロイックプリズム３５の側面方向に画像を投射させる。これにより、ダイクロイックプリズム３５から射出された光が前段の光学系に照射されるのを避けることができる。

本実施形態に係るプロジェクタ１では、液晶ライトバルブ３０から射出された画像を第１結像レンズ４１により、反射型液晶素子４２に中間像として結像させる。これにより、反射型液晶素子４２の反射画素電極５１において反射した光は、位相が時間的に変化しているので、スペックルのパターンが時間的に変化する。これにより、第２結像レンズ４３を介してスクリーン５０に投射される光は、残像効果により時間積分されて、干渉性が低下し、その結果、ぎらつきが抑えられた光となる。したがって、簡易な構成により、射出される光のぎらつきの発生を抑えるとともに、従来のように回転駆動系を用いないため、振動や雑音、消費電力等の点で実用性に優れたプロジェクタを提供することが可能となる。また、本発明では長期間使用しても劣化が生じないので、信頼性を向上させることが可能となる。

さらには、透過型液晶素子を用いた場合に比べ、反射型液晶素子４２は、画素Ｔ間の遮光部５１ａの大きさ（遮光部５１ａの距離Ｘ）を狭くすることができる。これにより、液晶ライトバルブ３０から射出された光の画素間と反射型液晶素子４２の遮光部５１ａとの干渉がほとんどない。これにより、スクリーン５０に投射される光にモアレ縞が発生するのを抑えることが可能となる。
また、反射型液晶素子４２は反射画素電極５１の下にスイッチング素子や配線を配置することができるため、反射型液晶素子４２を小型化しても開口率が下がらず明るい画像を得ることが可能となる。したがって、プロジェクタ１全体を大型にせず、スペックルを低減させることができる。
つまり、本実施形態のプロジェクタ１は、シンチレーションを効果的に除去可能であり、かつ、振動や雑音、消費電力等の点で実用性に優れている。

また、本実施形態では、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との位置関係がレンズシフト系であるため、第１結像レンズ４１により反射型液晶素子４２に結像された画像に歪みが生じない。そして、この画像をスクリーン５０に投射させた際、反射型液晶素子４２とスクリーン５０との関係がレンズシフトした構成であるため、スクリーン５０に投射される画像に歪みが生じない。したがって、スペックルの発生を抑えるとともに、スクリーン５０には歪みのない画像を表示することが可能となる。

なお、反射型液晶素子４２を第１結像レンズ４１の結像面（結像位置）に位置するように配置させることにより、より効果的にスペックルを低減させることができる。また、反射型液晶素子４２の位置は、結像面（結像位置）に限らず、第１結像レンズ４１の結像面（結像位置）の近傍に位置するように配置させても良い。なお、ここで言う「結像面の近傍」とは、液晶ライトバルブ３０から射出される画像の隣接する画素の像を区別して認識可能な程度、例えば、液晶ライトバルブ３０から射出される画像の隣接する画素同士が画素ピッチの半分以上重ならない位置を指している。
また、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との関係がレンズシフトし、反射型液晶素子４２とスクリーン５０との関係がレンズシフトした構成にしたが、液晶ライトバルブ３０、反射型液晶素子４２、スクリーン５０の配置はこれに限るものではない。
また、高圧水銀ランプ１１から射出された光を色分離し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を得たが、色光はこれに限るものではない。
さらに、電圧無印加時で位相が変化しない液晶を用いたが、電圧無印加時で位相が変化し、電圧印加時に位相が変化しない液晶を用いても良い。
また、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との画素サイズが同程度である場合は、上述したように、第１結像レンズ４１として等倍のレンズを用いれば良い。しかしながら、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との画素サイズが異なる場合や、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との配置の仕方により、液晶ライトバルブ３０の１つの画素と、反射型液晶素子４２の１つの画素Ｔとが対応するように第１結像レンズ４１の倍率を適宜変更すれば良い。

また、本実施形態では、図４に示すように、ダイクロイックプリズム３５の側面方向に画像を投射させたが、図５に示すように、反射型液晶素子４２を当該反射型液晶素子４２の水平方向の軸Ｍ２を中心に回転させて傾斜させ、ダイクロイックプリズム３５の上下方向に画像を投射させても良い。
また、本実施形態では、反射型位相変調素子として反射型液晶素子４２を用いたが、これに限るものではない。すなわち、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いても良い。
また、空間光変調素子として、透過型の液晶ライトバルブを用いたが、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ＨＴＰＳ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｏｌｙ‐Ｓｉｌｉｃｏｎ：高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル）、ＬＣＯＳを用いても良い。このように、空間光変調素子として、反射型のＭＥＭＳミラーあるいはＬＣＯＳを用いることにより、空間光変調素子においても遮光部が狭く開口率が高いため、反射型位相変調素子から射出される光のモアレ縞の発生を最も抑制することが可能となる。
なお、複数の微小ミラーを有するピストン型のＭＥＭＳミラーを用いることも可能である。このようなＭＥＭＳミラーでは、ＭＥＭＳミラーの画素間を狭くすることが好ましい。また、微小ミラーを個々に設けず、１枚のミラーを用い画素ごとに撓ませて、入射した光を反射させるＭＥＭＳミラーを用いても良い。この構成では、画素間の遮光部がないため、複数の微小ミラーを用いた場合に比べて、モアレ縞の発生をより抑えることが可能となる。

［第１実施形態の変形例］
図１に示す第１実施形態では、液晶ライトバルブ３０の複数の画素のうちの１画素から射出される光が、反射型液晶素子４２の複数の画素ののうちの１画素に対応して入射する構成であったが、反射型液晶素子４２の４つの画素に対応して入射しても良い。このような変形例について、図６を参照して説明する。なお、図６は、ダイクロイックプリズム３５により合成された画像を反射型液晶素子４２に投射する光路図を分り易く説明するために、高圧水銀ランプ１１、第１結像レンズ（第１結像光学系）８１、反射型液晶素子４２、第２結像レンズ４３及び液晶ライトバルブ３０を１つ取り上げ、直線配置として示している。

本変形例のプロジェクタ８０は、図６に示すように、第１結像レンズ８１が２倍のズーム光学系である点において第１実施形態と異なる。すなわち、液晶ライトバルブ３０において変調された画像は、第１結像レンズ４１により、２倍に拡大されて反射型液晶素子４２に中間像として結像する。これにより、図７に示すように、この中間像の１画素Ａの光には、反射型液晶素子４２の４つの画素Ｔが対応している。これにより、反射型液晶素子４２の４つの画素Ｔに対応して中間像の１画素Ａの光が入射するため、１画素Ａの光を４つの反射画素電極５１に印加する電圧で位相を変調させることができる。すなわち、４つの反射画素電極５１に印加する電圧のうち少なくとも１つの反射画素電極５１を他の反射画素電極５１に印加する電圧と異ならせることができる。特に、４つの反射画素電極５１に印加する電圧をそれぞれ異ならせることにより、入射した光は反射画素電極５１に対応した液晶層５４を通過することで、４つの領域のＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４から射出されるそれぞれの光の位相変調量が異なる。

本実施形態に係るプロジェクタ８０では、中間像の１画素Ａから射出される光を反射型液晶素子の４つの画素に対応して入射させることにより、１画素Ａを４つの領域に分けて位相変調させることができる。これにより、より多くのスペックルパターンを得ることができるため、より干渉性が低下し、ぎらつきが抑えられた画像をスクリーン５０に投射することが可能となる。
なお、液晶ライトバルブ３０の複数の画素の１画素から射出される光が、反射型液晶素子４２の複数の画素のうち少なくとも１つ以上の画素に対応して入射すれば良いため、上述した変形例の他に２つ、３つ、あるいは、５つ以上の画素に対応して入射させても良い。
また、第１結像レンズ４１が２倍のズーム光学系４１であるとしたが、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との画素サイズが異なる場合や、液晶ライトバルブ３０と反射型液晶素子４２との配置の仕方により、液晶ライトバルブ３０の１つの画素と、反射型液晶素子４２の複数の画素Ｔとが対応するように第１結像レンズ４１の倍率を適宜変更すれば良い。すなわち、この場合は、ズーム光学系４１としては、等倍のレンズや２倍以上のレンズが考えられる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図８を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタでは、駆動回路７０が反射型液晶素子４２の電極６６，反射画素電極５１間に印加する電圧の制御において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

第１実施形態では、駆動回路７０により反射型液晶素子４２を列Ｌごとに制御したが、本実施形態では、駆動回路７０によりマトリクス状の反射画素電極５１にランダムに電圧を印加する。具体的には、駆動回路７０には、図８のパターン１、パターン２・・・パターンｎに示すようなランダムパターンが格納されている。これにより、このパターンが順にマトリクス状の画素Ｔの反射画素電極５１に不規則に電圧が印加されるように、駆動回路７０は電源Ｅからの電圧を制御する。すなわち、電圧が印加されている画素Ｔ１（ハッチング有り）と、電圧が印加されていない画素Ｔ２（ハッチング無し）とが不規則に形成されている。また、パターン１からパターンｎはすべて異なるパターンとなっている。
駆動回路７０は、電圧が印加されている画素Ｔ１から射出される光と、電圧が印加されていない画素Ｔ２から射出される光との位相差が１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。また、本実施形態では、位相差がＧ光用液晶ライトバルブ３０Ｇに入射するＧ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。

本実施形態に係るプロジェクタでは、駆動回路７０により、ランダムにマトリクス状の反射画素電極５１に電圧を印加することにより、反射型液晶素子４２から射出される光の干渉性を低下させることができる。また、電圧が印加されている画素Ｔ１から射出される光と、電圧が印加されていない画素Ｔ２から射出される光との位相差は１／２波長となっている。これにより、位相変調量が０である画素から射出される光のスペックルパターンと、位相変調量が１／２波長である画素から射出される光のスペックルパターンとが打ち消し合う。しがたって、より効果的に反射型液晶素子４２から射出される光の干渉性を低下させることができる。
また、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のうちＧ光のスペックルが最も目立つため、Ｇ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御することで、スクリーン５０に投射される画像のスペックルを目立たなくさせることが可能となる。
さらに、第１実施形態のプロジェクタ１では、列Ｌごとに電極６６，５１間に電圧を印加したが、本実施形態のプロジェクタでは反射型液晶素子４２の画素Ｔごとの電圧を制御している。これにより、より多くのスペックルパターンを得ることができるため、シンチレーションの発生をより抑えることが可能となる。

なお、駆動回路７０により、電圧が印加されている画素Ｔ１から射出される光と、電圧が印加されていない画素Ｔ２から射出される光との位相差は１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御したが、位相差は１／２波長に限らない。しかしながら、位相差は１／２波長でなくてもスペックルを低減させることができるが、位相差が１／２波長である場合が最もスペックルを低減させることが可能となる。
また、位相差がＧ光用液晶ライトバルブ３０Ｇに入射するＧ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御したが、位相差がＲ光の波長の１／２波長であっても良く、また、Ｂ光の波長の１／２波長であっても良い。
また、位相差がＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色の波長の１／２波長の位相差がすべて含まれるように、駆動回路７０により電源Ｅからの電圧を制御しても良い。この制御では、電圧が印加されていない画素から射出される光の位相差は０であり、これに加えて、Ｒ光の波長の１／２波長、Ｇ光の波長の１／２波長、Ｂ光の波長の１／２波長の４つのパターンの電圧が順次対向電極６６と反射画素電極５１との間に印加される。また、各パターンは本実施形態で示したように、ランダムにマトリクス状の反射画素電極５１に電圧を印加する。この構成では、４回に１回は必ずＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色の波長の１／２波長のパターンが含まれているため、どの色のスペックルも低減させることが可能となる。
さらには、Ｇ光のスペックルが最も目立つことから、例えば、位相差０、Ｒ光の波長の１／２波長、Ｇ光の波長の１／２波長、Ｂ光の波長の１／２波長、さらにＧ光の波長の１／２波長の５つのパターンとし、Ｇ光のパターンが他の色光のパターンより多く含まれるように、電圧を制御しても良い。
さらに、本実施形態では、高圧水銀ランプ１１から射出された光からＲ光、Ｇ光、Ｂ光を得たが、色光はこれに限るものではない。すなわち、液晶ライトバルブ３０に入射する色光の波長に応じて、反射型液晶素子４２の電極６６，５１間に印加する電圧を制御し位相変調量を制御すれば良い。
また、駆動回路７０に図８に示すパターンが格納されているとしたが、駆動回路７０にランダムパターンを演算する演算回路が設けられ、逐次電極６１，５５間に印加する電圧を生成しても良い。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図９及び図１０を参照して説明する。
第１実施形態では、空間光変調素子として液晶ライトバルブを用いたが、本実施形態に係るプロジェクタ１００では、微小ミラーデバイス１０３を用いている点において第１実施形態と異なる。その他の構成においては第１実施形態と同様である。

プロジェクタ１００は、図９に示すように、光を射出する高圧水銀ランプ（光源装置）１０１と、色時分割手段１０２と、微小ミラーデバイス（空間光変調素子）１０３と、投射部４０とを備えている。
色時分割手段１０２は、高圧水銀ランプから射出された光を波長域の異なる複数の色光に時間的に分離して繰り返し射出するためのものである。具体的には、色時分割手段１０２は、回転カラーフィルタ（カラーホイール）１０２ａと、この回転カラーフィルタを回転させる電動モータなどの駆動手段１０２ｂとを備えている。回転カラーフィルタは円盤状であり、その回転軸Ｋ周りに複数の赤色フィルタ１０２Ｒ，緑色フィルタ１０２Ｇ，青色フィルタ１０２Ｂが配列されている。そして、この回転カラーフィルタ１０２ａを回転させることで、高圧水銀ランプ１０１から射出された光がいずれかの色フィルタ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ上に照射され、各色フィルタ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂの光学特性によって、所定の波長成分の光が射出される。

微小ミラーデバイス１０３は、入射した光の反射方向を変える（偏向する）ことができる複数の反射要素（画素）を備えたものである。すなわち、微小ミラーデバイス１０３は、入射光の反射方向を画素単位で制御して画像を形成するものである。本実施形態では多数の反射要素をマトリクス状に備えたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子が用いられる。
また、投射部４０の構成は第１実施形態と同様である。

また、第１実施形態と同様に反射型液晶素子４２の対向電極６６とそれぞれの反射画素電極５１との間には駆動回路１０５が設けられており、この駆動回路１０５には電源Ｅが設けられている。この駆動回路１０５により電源Ｅから電極６６，５１間に印加する電圧が制御されている。
すなわち、本実施形態の反射型液晶素子４２も、駆動回路１０５により、第１実施形態の図３に示すように、反射型液晶素子４２の電極６６，５１間に印加する電圧は上端４２ａから下端４２ｂに向かって列Ｌごとに帯状に制御されている。また、電圧が印加されている列Ｌの画素Ｔから射出される光と、電圧が印加されていない列Ｌの画素Ｔから射出される光との位相差は１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。また、回転カラーフィルタ１０２ａの各色光の射出タイミングと、反射型液晶素子４２の電圧値切替タイミングとが同期している。具体的には、高圧水銀ランプから射出された光が、回転カラーフィルタ１０２ａの赤色フィルタ１０２Ｒを通過した後、反射型液晶素子４２に入射する。このとき、駆動回路１０５は、位相差が赤色フィルタ１０２Ｒから射出されたＲ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。

次に、高圧水銀ランプから射出され射出された光が、回転カラーフィルタ１０２ａの緑色フィルタ１０２Ｇを通過するときには、位相差が緑色フィルタ１０２Ｇから射出されたＧ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。
次いで、高圧水銀ランプから射出され射出された光が、回転カラーフィルタ１０２ａの青色フィルタ１０２Ｂを通過するときには、位相差が青色フィルタ１０２Ｂから射出されたＢ光の波長の１／２波長となるように電極６６，５１間に印加する電圧を制御する。このようにして、色時分割手段１０２から射出される光は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の順になっている。これにより、駆動回路１０５は、電極６６，５１間に印加する電圧を順にＲ光の波長の１／２波長、Ｇ光の１／２波長、Ｂ光の１／２波長の位相差を付与するように制御する。

本実施形態に係るプロジェクタ１００では、色時分割手段１２０を用いているため、駆動回路１０５により、反射型液晶素子４２に入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光に応じてその波長の位相の１／２波長の位相差を付与することができる。これにより、反射型液晶素子４２から射出されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光のいずれの色光の干渉性を低下させることができる。したがって、ぎらつきのない鮮明なカラー画像をスクリーン５０に投射することが可能となる。
また、第２実施形態のプロジェクタでは、４回に１回のみＲ光、Ｇ光、Ｂ光の各色の波長の１／２波長が含まれていたが、本実施形態のプロジェクタ１００では、反射型液晶素子４２から反射されるすべての光に対して、光の干渉性を低下させることができるため、よりスペックルを抑えることが可能となる。
さらに、空間光変調素子として、反射型の微小ミラーデバイス１０３を用いることにより、空間光変調素子においても遮光部が狭く開口率が高いため、反射型位相変調素子から射出される光のモアレの発生を最も抑制することが可能となる。

なお、反射型位相変調素子として反射型液晶素子４２を用いたが、反射型の位相変調素子であれば良く、例えば、ＬＣＯＳであっても同様の効果を得ることが可能となる。
また、色時分割手段として、複数の異なる波長の光を逐次に射出する回転カラーフィルタ１０２ａを用いたが、これに限るものではない。すなわち、逐次異なる波長の光を微小ミラーデバイス１０３に射出するものであれば良い。
また、反射型液晶素子４２の電極６６，５１間に印加する電圧の制御は、第２実施形態の図８で示したように、ランダムパターンであっても良い。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では光源装置として高圧水銀ランプを用いたが、これに限るものではない。例えば、赤色光を射出する赤色光源装置、緑色光を射出する緑色光源装置、青色光を射出する青色光源装置を個別に用いても良い。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す平面図である。 図１の反射型位相変調素子を示す断面図である。 図１の反射型位相変調素子の位相変調領域を示す図である。 図１の反射型位相変調素子の配置を示す斜視図である。 図４の反射型位相変調素子の配置の変形例を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの変形例の全体構成を示す階略平面図である。 図６の中間像の１画素が対応する反射型位相変調素子の１画素を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係るプロジェクタに用いられる電圧制御パターンを示す図である。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの全体構成を示す平面図である。 図９のプロジェクタで用いられる回転カラーフィルタを示す平面図である。

符号の説明

Ｏ１…中心軸、Ｏ２…中心軸、Ｐ１…光軸、Ｐ２…光軸、Ｔ…反射型液晶素子の画素、１，８０，１００…プロジェクタ、１１…高圧水銀ランプ（光源装置）、３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ…液晶ライトバルブ（空間光変調素子）、４１…第１結像レンズ（第１結像光学系）、４２…反射型液晶素子（反射型位相変調素子）、４３…第２結像レンズ（第２結像光学系）、５０…スクリーン（被投射面）、８１…第１結像レンズ（第１結像光学系）、１０２…色時分割手段、１０３…微小ミラーデバイス（空間光変調素子）

Claims (8)

1. 光を射出する光源装置と、
   該光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、複数の画素を有する空間光変調素子と、
   該空間光変調素子により変調された光を所定の位置に結像させる第１結像光学系と、
   前記所定の位置あるいは前記所定の結像位置の近傍に配置され、前記第１結像光学系において結像された光の位相を領域ごとに時間的に変化させて反射させ、複数の画素を有する反射型位相変調素子と、
   該反射型位相変調素子において反射された光を被投射面上に結像させる第２結像光学系と、を備え、
   前記空間光変調素子の前記複数の画素のうちの１画素から射出される光が、前記反射型位相変調素子の前記複数の画素のうち少なくとも２つ以上の画素に対応して入射することを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記反射型位相変調素子の前記複数の画素を複数の領域に分け、前記領域ごとに射出される光の位相を制御することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記空間光変調素子と前記反射型位相変調素子とを平行に配置するとともに、前記空間光変調素子から射出された光の中心軸と前記第１結像光学系の光軸とを平行にずらして配置し、
   前記反射型位相変調素子と前記被投射面とを平行に配置するとともに、前記反射型位相変調素子から射出された光の中心軸と前記第２結像光学系の光軸とを平行にずらして配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ。
4. 前記空間光変調素子が反射型の光変調素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
5. 前記光源装置が複数の異なる波長の光を射出し、
   前記反射型位相変調素子が、前記第１結像光学系から射出された光に前記複数の異なる波長の光のうち少なくとも１種類の光の波長の１／２波長の位相差を付与することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
6. 前記複数の異なる波長の光が赤色光、緑色光、青色光を有し、
   前記反射型位相変調素子が、前記赤色光、緑色光、青色光に、当該赤色光、緑色光、青色光のそれぞれの光の波長の１／２波長の位相差を順に付与することを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記反射型位相変調素子が、前記緑色光に当該緑色光の波長の１／２波長の位相差を付与することを特徴とする請求項６に記載のプロジェクタ。
8. 前記反射型位相変調素子に前記複数の異なる波長の光を逐次入射させる色時分割手段を備え、
   前記反射型位相変調素子が、前記色時分割手段により前記反射型位相変調素子に逐次入射した波長の光に、当該光の波長の１／２波長の位相差をそれぞれ付与することを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。

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