JP5037116B2

JP5037116B2 - プロジェクタ

Info

Publication number: JP5037116B2
Application number: JP2006356375A
Authority: JP
Inventors: 一也宮垣; 淳高浦; 和弘藤田; 才明鴇田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008165058A

Description

本発明は、プロジェクタに関する。

従来から、リアプロジェクタ（背面投射型投射装置）では透過型スクリーン上でシンチレーション（ぎらつき）が発生しやすく、スクリーン構成要素の一部に拡散性部材を用いてシンチレーションを低減させている。リアプロジェクタの画像を方式別で比較すると次のような関係を見出すことができる。

例えば、ライトバルブ（空間光変調器）として液晶ライトバルブを用いたリアプロジェクタと、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いたリアプロジェクタとでは、後者のシンチレーションが小さい。これは液晶ライトバルブを用いるリアプロジェクタは偏光を利用するためスクリーン画像に揃った偏光が使用されているのに対し、ＤＭＤを用いたプロジェクタ（ＤＭＤ方式プロジェクタ）ではランダム偏光の照明光を使うためスクリーン上でランダム偏光であるためと考えられる。このため、ＤＭＤタイプのプロジェクタでは可干渉性が低くなるためシンチレーションも低減される。しかしながら、ＤＭＤ方式プロジェクタではランダム偏光といえども干渉しうる偏光成分は残っており、その結果、シンチレーションが発現すると考えられる。

従来技術のように画素単位で偏光方向を直交させることは、シンチレーション低減に対して多少なりとも効果はある。しかし、投射された画素単位内でもシンチレーションが残るため、抜本的な解決にはならない。

例えば特許文献１には、３Ｄ表示システムで空間光変調器の手前に偏光透過スクリーンが配置され、この透過型スクリーンが偏光０°回転部と９０°回転部で構成される（図９参照）。すなわち、領域分割された位相差板が使われたシステムの発明が開示されている。

また特許文献２には、隣接画素を画素単位で偏光方向を直交させる。主にレーザ光を光源とする画像表示装置で画面のスペックルノイズを低減させるために隣接画素ごとに偏光方向を直交させている発明が開示されている。
特開２００５−２１５３２６号公報特開２００２−６２５８２号公報

本発明の主たる目的は、液晶ライトバルブ、ＤＭＤなどの作像方式にかかわらずスクリーン投射画像のシンチレーションを低減させることである。

上記の目的を達成するための、請求項１に記載の発明は、複数の画素を有する空間光変調器の画像光を投射レンズによって投射するプロジェクタにおいて、前記投射レンズのレンズ瞳付近に領域分割された位相差板が配置されており、前記位相差板は、互いにλ／２の位相差量を有する２つの領域が、一方の領域は遅相軸が所定方位から＋２２．５°回転されて配置され、もう一方の領域は−２２．５°回転されて配置されることを特徴とするプロジェクタである。

請求項２に記載の発明は、複数の画素を有する空間光変調器の画像光を投射レンズによって投射するプロジェクタにおいて、前記投射レンズのレンズ瞳付近に領域分割された位相差板が配置されており、前記位相差板は、互いにλ／４の位相差量を有する２つの領域が、一方の領域は遅相軸が所定方位から＋４５°回転されて配置され、もう一方の領域は−４５°回転されて配置されることを特徴とするプロジェクタである。

本発明によれば、液晶ライトバルブ、ＤＭＤなどの作像方式にかかわらずスクリーン投射画像のシンチレーションを低減させることができ、結果として、画像が見やすくなる。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本発明のプロジェクタの第１実施形態では、液晶ライトバルブ１１からの画像光を投射レンズ１２で透過型スクリーン１４に拡大投射している。液晶ライトバルブ１１の任意の画素からの光は、図１に示すような光線軌跡でスクリーン１４に到達する。画素からの光はスクリーン上で結像されている。投射レンズのレンズ瞳付近には領域分割位相差板１３が配置される。図１では空間光変調器１１がひとつのみの場合を図示しているが、赤用、緑用、青用の３つの液晶パネルを配置し、ダイクロイックプリズムで色合成し、投射レンズで透過型スクリーン１４に拡大投射する構成としても良い。

領域分割位相差板１３の一例を図３に示す。領域５１と領域５２とは、互いにλ／２の位相差量を有する位相差板で、遅相軸が所定方位から領域５１は＋２２．５°回転されて配置され、また領域５２は−２２．５°回転されて配置される。λは緑の波長が望ましい。所定方位としては、緑用液晶ライトバルブの画像光の偏光方向を基準にすると良い。この場合、領域５１を通過した光は＋４５°方位の偏光となり、領域５２を透過した光は−４５°の偏光となる。スクリーン上では２種類の方位の領域からの光が合成されるため、干渉しづらくなり、シンチレーションが低減される。ただし、異なる場所の領域５１又は５２からの光がスクリーン上で重なるような場合にはシンチレーションが発生する可能性が生じる。そこで、領域分割の大きさを調整して最良の範囲に近づけ、シンチレーションの低減を図ることができる。

また、領域分割位相差板１３のその他の例として、例えば領域５１と領域５２はともにλ／４の位相差量を有する位相差板で、遅相軸が所定方位から領域５１は＋４５°回転されて配置され、領域５２は−４５°回転されて配置されるようにする。この場合、領域５１と領域５２を通過した光は各々円偏光で、その回転方向は反転されるようにすると、干渉しづらくなりシンチレーションが低減される。なお、投射レンズ内に領域分割位相差板が設置されるため、スクリーンが透過型のみならず反射型であってもシンチレーションが低減される。反射型スクリーンによるフロント投射ではリアプロジェクションに比べてシンチレーションが少ない。しかし、固体光源を用いた投射装置の場合にはランプ光に比べて干渉性が高まりフロント投射でもシンチレーションが目立つ場合に、本発明は特に効果を発揮する。

＜第２実施形態＞
図２は第２実施形態を説明するための図である。
領域分割位相差板２２がフレネルレンズ２１とレンチキュラーレンズ２３に挟まれた構造の透過型スクリーン２０である。投射画像光が図２の左側からフレネルレンズ２１に入射される。フレネルレンズ２１で略平行化された光は領域分割位相差板２２に入射される。領域分割位相差板２２は図３に示す領域分割位相差板を透過型スクリーンサイズに拡大したものである。領域ごとで偏光が直交若しくは円偏光で回転方向が異なる。次に、レンチキュラーレンズで所定範囲に拡散される。リアプロジェクタではスクリーン２０に映った画像を見ることになり、領域分割位相差板のために、干渉できない光が増え、したがってスクリーン上のシンチレーションが低減される。なお図２では、領域分割位相差板２２がフレネルレンズ２１とレンチキュラーレンズ２３との間に配置されている。この位置で投射画像光は略平行化されるため、所望の位相差が得られるメリットがある。ただし、フレネルレンズの直前（図２では左側）に配置しても、スクリーンでの位置で位相差量を変化させた領域分割位相差板を用いると、本実施形態と同様の効果が得られる。

＜第２実施形態変形例＞
図４は第２実施形態の変形例を説明するための図である。
図４に示すように、本実施形態では拡散性部材で構成される透過型スクリーンの直前に領域分割位相差板２２が配置される。通常、拡散性部材を用いたスクリーンはその拡散性によって干渉性を低くさせシンチレーションを抑える効果があるが、シンチレーションを低減させていくほど拡散性を高める必要が生じる。そして拡散性を高めれば高めるほど透過率は減少し、シンチレーションの低下と共に画像光自体の明るさも犠牲にする（すなわち画像光の光量も少なくなる）。しかし、本実施形態では必要以上に拡散性を持たせることは無く、領域分割位相差板で干渉性を低くすることができる。このため、拡散性スクリーンにもかかわらず明るい画像が得られる。

＜第３実施形態＞
図５は第３実施形態を説明するための図である。
ＤＭＤを用いたプロジェクタ（ＤＬＰプロジェクタ）３１と、偏光板３２と、領域分割位相差板を備える透過型スクリーンで構成されるリアプロジェクタである。市販のＤＬＰプロジェクタは画像光がランダム偏光であるため、一旦、偏光方向を揃えるために偏光板３２を投射光路中に配置させる。透過型スクリーン２０は前述のとおりである。
本実施形態の構成によれば、ＤＭＤを空間光変調器に用いるリアプロジェクタのシンチレーションを領域分割位相差板搭載の透過型スクリーンによって低減させることが可能になる。なお、偏光板３２はＤＬＰプロジェクタ内に設置しても良い。また、偏光板に変わってＰＢＳ（Polarization Beam Splitter偏光ビームスプリッタ）、λ／２板、ミラーを用いる偏光変換素子を照明光学系中に配置しても良い（図は省略）。

＜第４実施形態＞
図６〜７に第４実施形態を説明するための図である。
プロジェクタ６１からの投射光６２が反射型スクリーン６３で反射される。図７は反射型スクリーン６３及びその近傍の拡大図である。反射型スクリーン６３近傍には領域分割位相差板７１が配置される。領域分割位相差板７１はλ／４の位相差を与える領域７１ａと偏光状態を変化させない領域７１ｂがアレイ状に配列されている。領域７１ａは1軸複屈折性である場合には遅相軸が投射光の偏光面から略４５°傾いて配置される。領域分割位相差板７１は二次元にアレイ化されていることが望ましい。また、このアレイ化は等ピッチでアレイ化されている必要は無く、不等ピッチであっても良い。各領域は投射画素サイズより小さいことが望ましく、また、λは緑の波長に設定することが望ましい。

プロジェクタ投射光が紙面に水平な偏光状態である場合には７１ａの領域を往復した光は紙面に垂直な偏光となり、領域７１ｂを往復した光は紙面に平行な偏光状態となる。プロジェクタ投射光が紙面に垂直な場合には領域７１ａを往復した光は紙面に平行な偏光となる。このように投射画素内で偏光が直交する複数の領域に分割される。このため、シンチレーションが減る。

前記したように、フロント投射ではリアプロジェクションに比べてシンチレーションが少ないが、固体光源を用いた投射装置の場合にはランプ光に比べて干渉性が高まりフロント投射でもシンチレーションが目立つ場合には、本発明は特に効果を発揮する。特に、領域分割位相差板が投射位置（すなわちスクリーン）近傍に配置されるため、空間周波数が高い画像の投射系の解像性能を犠牲にすることはない。

＜第５実施形態＞
図８は第５実施形態を説明するための図である。
透過型スクリーン８０はフレネルレンズ８１とレンチキュラーレンズ２３で構成される。フレネルレンズ８１には構造複屈折による領域分割位相差板を有し、図８に示すように２種類の領域が交互に形成されている。この領域分割位相差板の構成としては２通りの設定が可能である。第一の構成例として、領域８２ａ、８２ｂがともにλ／４の位相差で、遅相軸が紙面に水平な面から＋４５°の回転と−４５°回転、すなわち、両遅相軸とは直交する関係となっている。この構成例の場合には投射光（紙面に平行又は垂直な偏光とする）が円偏光となり、かつ、領域ごとで右回り円偏光と左回り円偏光となる。両者の干渉性は極めて小さくなる。フレネルレンズ機能で投射光が略平行光となり、レンチキュラーレンズにより所定の発散光で透過される。干渉性の低いスクリーン画素であるためシンチレーションが非常に少なくなる。

領域分割位相差板の第二の構成例は、領域８２ａ、８２ｂがともにλ／２の位相差であり、かつ、一方の遅相軸が紙面に対して＋２２．５°であり、もう一方が−２２．５°傾いた方位とする。このため、各領域ごとで紙面に対して＋４５°、若しくは、−４５°となり、干渉性が低くなり、シンチレーションも低減される。

構造複屈折で位相差板機能を発現させるため、波長依存性の広い位相差板の機能を持たせる事ができる。このため、緑光で設計していても、青、赤の光でもシンチレーション低減の効果が十分に得られる。なお、本実施例ではフレネルレンズに構造複屈折を作製しているが、レンチキュラーレンズに作成しても良い。さらに、図２の領域分割位相差板２２を、構造複屈折の領域分割位相差板に置き換えた構成を採用しても、本発明の効果は得られる。

＜第６実施形態＞
第６実施形態として、図２を用いて説明する。
第２実施形態では領域分割位相差板２２は固定されていたが、本実施形態では領域分割位相差板２２を振動させる。振動する手段としてはピエゾ素子を用いることができる。シンチレーションを低減させる手段として、スクリーン自体又は投射レンズを振動させる方式では、投射画素が微動してしまう。

これに対して本実施形態では領域分割位相差板のみを振動させるので、投射画素は振動しない。投射一画素内で偏光が直交する複数領域が経時的に振動する。このため、時間的にコヒーレンス性が低下するためシンチレーションが低減される。

よって領域分割位相差板によるシンチレーション低減効果との相乗効果により、画面ちらつきの非常に少ない良好な画像が得られる。

＜効果＞
上記実施形態によれば、投射画素内で偏光が直交するためシンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
また投射レンズ瞳付近で領域ごとに偏光を直交させるため、シンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
またスクリーン内に領域分割位相差板を配置するため、空間光変調器から投射レンズまでの方式に依存せずにシンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
また拡散性スクリーンと領域分割位相差板の両方の効果によってシンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
また反射型スクリーンで投射一画素内において偏光が直交した複数の領域となるため、シンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
また透過型スクリーンで投射一画素内において偏光が直交した複数の領域となるため、シンチレーションが低減され、画像が見やすくなる。
またフロント又はリアプロジェクタで、可視域全域でシンチレーションを低減でき、画像が見やすくなる。
またリアプロジェクタでシンチレーションを低減でき、画像が見やすくなる。
またリアプロジェクタで領域分割位相差板による所望のリタデーションを与えることができ、シンチレーションを低減効果によって画像が見やすくなる。
また構造複屈折による位相差板であるため、波長依存性が広くなり、可視域全域でシンチレーションを低減でき、画像が見やすくなる。
また透過型スクリーンのフレネルレンズ又はレンチキュラーレンズに構造複屈折タイプの位相差板を用いるため、スクリーンの配向特性を損なわずに、投射画面のシンチレーションを低減することができる。
また領域分割位相差板を振動させるためシンチレーション低減効果が高まり、画像が見やすくなる。

本発明のプロジェクタの第１実施形態の構成を示す図である。本発明のプロジェクタに使用される領域分割位相差板の構成例を示す図である。本発明のプロジェクタの第２実施形態の構成を示す図である。本発明のプロジェクタの第２実施形態の変形例の構成を示す図である。本発明のプロジェクタの第３実施形態の構成を示す図である。本発明のプロジェクタの第４実施形態の構成を示す図である。本発明のプロジェクタの第４実施形態で使用されるスクリーンとその周辺の構成を示す図である。本発明のプロジェクタの第５実施形態の構成を示す図である。従来のプロジェクタの構成を示す図である。

符号の説明

１１空間光変調器（液晶ライトバルブ）
１２投射レンズ
１３、２２、７１領域分割位相差板
１４スクリーン
２０透過型スクリーン
２１、８１フレネルレンズ
２３レンチキュラーレンズ
３１ＤＭＤを用いたプロジェクタ（ＤＬＰプロジェクタ）
３２偏光板
６１プロジェクタ
６２透過光
６３反射型スクリーン
８０透過型スクリーン

Claims

複数の画素を有する空間光変調器の画像光を投射レンズによって投射するプロジェクタにおいて、前記投射レンズのレンズ瞳付近に領域分割された位相差板が配置されており、
前記位相差板は、互いにλ／２の位相差量を有する２つの領域が、一方の領域は遅相軸が所定方位から＋２２．５°回転されて配置され、もう一方の領域は−２２．５°回転されて配置されることを特徴とするプロジェクタ。
複数の画素を有する空間光変調器の画像光を投射レンズによって投射するプロジェクタにおいて、前記投射レンズのレンズ瞳付近に領域分割された位相差板が配置されており、
前記位相差板は、互いにλ／４の位相差量を有する２つの領域が、一方の領域は遅相軸が所定方位から＋４５°回転されて配置され、もう一方の領域は−４５°回転されて配置されることを特徴とするプロジェクタ。