JPWO2013098877A1 - 偏光変調素子、光学部材、及び、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

色むらが発生するという課題がある。偏光変調素子は、カラーを構成する複数の原色の画像が入力され、前記画像の偏光状態を変調して出力する偏光変調素子であって、前記複数の原色の少なくともいずれかの原色の波長幅について、一の偏光状態が入力された場合に、波長毎に互いに異なる偏光状態に変調して出力する。

Description

本発明は、偏光変調素子、光学部材、及び、プロジェクタに関する。

偏光を含む画像をスクリーンに投影して、スクリーンからの反射光によって画像を表示する表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、スクリーンの法線に対して、傾斜した方向から画像を投影して、短い距離でスクリーンへの投影を可能にする表示装置が知られている。
［特許文献１］ 特開２０１１−２２１３０３号公報

しかしながら、傾斜した方向で画像を投影する場合、スクリーンの一端と他端とで画像の入射角度が異なり、偏光の状態、例えば、楕円偏光の楕円率が異なった状態でスクリーンの各領域に達する。これにより、スクリーンの各領域で画像の反射率が異なり、色むらが発生するといった課題がある。

本発明の第１の態様においては、カラーを構成する複数の原色の画像が入力され、前記画像の偏光状態を変調して出力する偏光変調素子であって、前記複数の原色の少なくともいずれかの原色の波長幅について、一の偏光状態が入力された場合に、波長毎に互いに異なる偏光状態に変調して出力する偏光変調素子を提供する。

本発明の第２の態様においては、上述の偏光変調素子と、前記偏光変調素子の入力側に配置され、前記複数の原色の前記画像を結合させて、前記偏光変調素子へと出力する偏光ビームスプリッタとを備える光学部材を提供する。

本発明の第３の態様においては、上述の偏光変調素子と、前記偏光変調素子の入力側に配置され、前記複数の原色の前記画像を結合させて、前記偏光変調素子へと出力する偏光ビームスプリッタと、前記複数の原色の光によって前記画像を生成する画像生成部と、前記画像生成部に複数の原色の光を供給する光源とを備えるプロジェクタを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

プロジェクタ１０の全体構成図である。 光源２０の一例であるＵＨＰランプの波長と光強度との関係を示すグラフである。 光源２０の一例であるＬＥＤランプの波長と光強度との関係を示すグラフである。 偏光変調素子４２による偏光方向の変調の一例を説明する図である。 偏光方向の測定方法に使用される実験装置の概略図である。 ５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が３１００ｎｍの位相差フィルム４６を有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。 ５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が４１００ｎｍの位相差フィルム４６を有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。 ５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が５１００ｎｍの位相差フィルム４６を有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。 ５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が７２００ｎｍの位相差フィルム４６を有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。 ５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が９３００ｎｍの位相差フィルム４６を有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。 照度を測定したスクリーン１２のポイントを説明する正面図である。 実験により測定された照度の数値の表である。 スクリーン１２の上部のポイントＰ１からＰ３の照度である。 スクリーン１２の中部のポイントＰ４からＰ６の照度である。 スクリーン１２の下部のポイントＰ７からＰ９の照度である。 異なる偏光変調素子２４２を備えたプロジェクタ２１０の全体構成図である。 異なる偏光変調素子３４２を備えたプロジェクタ３１０の全体構成図である。 偏光変調素子３４２の概略図である。 出力制御部３６６によって投影される画素の第１位置と第２位置との関係を説明する図である。 ポリカーボネートによって偏光変調素子の位相差フィルムを構成した場合の波長と光の強度との関係を調べたグラフである。 ポリオレフィン系の樹脂によって偏光変調素子の位相差フィルムを構成した場合の波長と光の強度との関係を調べたグラフである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、プロジェクタ１０の全体構成図である。図１に示すように、プロジェクタ１０は、スクリーン１２に画像を投影して、スクリーンからの反射光により画像を表示する。プロジェクタ１０の一例は、スクリーン１２に対して、上方または下方に傾斜した位置から投影する短焦点型である。プロジェクタ１０は、光源２０と、ダイクロイックミラー２２、２４と、反射ミラー２６、２８、３０と、集光レンズ３２と、青用液晶パネル３４と、緑用液晶パネル３６と、赤用液晶パネル３８と、偏光ビームスプリッタ４０と、偏光変調素子４２と、投影レンズ４４とを備える。青用液晶パネル３４、緑用液晶パネル３６、及び、赤用液晶パネル３８は、画像生成部の一例である。

光源２０は、非偏光または偏光の３原色を含む光を出力して、青用液晶パネル３４、緑用液晶パネル３６、及び、赤用液晶パネル３８に３原色の光を提供する。光源２０の一例は、非偏光のＵＨＰ（Ultra High Power）ランプ及びＬＥＤランプ、偏光のレーザ等である。

ダイクロイックミラー２２は、光源２０の光の出力方向の下流側に配置されている。ダイクロイックミラー２２は、光源２０から出力された３原色のうち、青色の光ＢＬを透過するとともに、緑色及び赤色の光ＲＬをダイクロイックミラー２４の方向へと反射する。

ダイクロイックミラー２４は、ダイクロイックミラー２２の光の反射方向に配置されている。ダイクロイックミラー２４は、赤色の光ＲＬを透過するとともに、緑色の光ＧＬを、緑用液晶パネル３６及び偏光ビームスプリッタ４０へと反射する。

反射ミラー２６は、光源２０の光の出力方向であって、ダイクロイックミラー２２の下流側に配置されている。反射ミラー２６は、ダイクロイックミラー２２を透過した青色の光ＢＬを青用液晶パネル３４へと反射する。

反射ミラー２８は、ダイクロイックミラー２２の光の反射方向であって、ダイクロイックミラー２４よりも下流側に配置されている。反射ミラー２８は、ダイクロイックミラー２４を透過した赤色の光ＲＬを反射ミラー３０に反射する。

反射ミラー３０は、反射ミラー２８の光の反射方向に配置されている。反射ミラー３０は、反射ミラー２８によって反射された赤色の光ＲＬを赤用液晶パネル３８の方向へと反射する。

集光レンズ３２は、反射ミラー２８と反射ミラー３０との間に配置されている。集光レンズ３２は、反射ミラー２８によって反射された赤色の光ＲＬを反射ミラー３０へと集光する。

青用液晶パネル３４は、２次元のマトリックス状に配置された複数の画素を有する。各画素は、光の偏光方向を制御して、特定の偏光方向の光を透過または遮断する。図１の偏光ビームスプリッタ４０内に矢印で示すように、青用液晶パネル３４の各画素が透過する偏光は、ｓ波である。青用液晶パネル３４は、反射ミラー２６によって反射された青色の光ＢＬのうち、表示する画像に基づいて、一部の光ＢＬを透過して偏光の状態で偏光ビームスプリッタ４０へと進行させ、残りの光ＢＬを遮断する。

緑用液晶パネル３６は、青用液晶パネル３４と同様の画素を有する。緑用液晶パネル３６は、ダイクロイックミラー２４によって反射された緑色の光ＧＬのうち、表示する画像に基づいて、一部の光ＧＬを透過して偏光の状態で偏光ビームスプリッタ４０へと進行させ、残りの光ＧＬを遮断する。緑用液晶パネル３６から出力される光の偏光方向は、青用液晶パネル３４から出力される光の偏光方向に対して直交する。図１の偏光ビームスプリッタ４０内に矢印で示すように、緑用液晶パネル３６の各画素が透過する偏光は、ｐ波である。

赤用液晶パネル３８は、青用液晶パネル３４と同様の画素を有する。赤用液晶パネル３８は、反射ミラー３０によって反射された赤色の光ＲＬのうち、表示する画像に基づいて、一部の光ＲＬを透過して偏光の状態で偏光ビームスプリッタ４０へと進行させ、残りの光ＲＬを遮断する。赤用液晶パネル３８から出力される光の偏光方向は、青用液晶パネル３４から出力される光の偏光方向と平行である。

偏光ビームスプリッタ４０は、ビームスプリッタの一例である。偏光ビームスプリッタ４０は、三角柱状のプリズムが組み合わされた直方体形状に形成されている。偏光ビームスプリッタ４０の一面には、青用液晶パネル３４が対向して配置されている。偏光ビームスプリッタ４０の他の面には、緑用液晶パネル３６が対向して配置されている。青用液晶パネル３４が対向して配置される偏光ビームスプリッタ４０の一面と対向する面には、赤用液晶パネル３８が対向して配置されている。偏光ビームスプリッタ４０は、偏光変調素子４２の入力側に配置されている。

偏光ビームスプリッタ４０は、一の偏光方向の光を反射して、他の偏光方向の光を透過する。具体的には、偏光ビームスプリッタ４０は、青色の光ＢＬ及び赤色の光ＲＬを反射して、これらの光と偏光方向が直交する緑色の光ＧＬを透過する。これにより、偏光ビームスプリッタ４０は、青用液晶パネル３４を透過した青色の光ＢＬにより構成される画像を偏光変調素子４２へと反射する。偏光ビームスプリッタ４０は、緑用液晶パネル３６を透過した緑色の光ＧＬにより構成される画像を透過して、偏光変調素子４２へと進行させる。偏光ビームスプリッタ４０は、赤用液晶パネル３８を透過した赤色の光ＲＬにより構成される画像を偏光変調素子４２へと反射する。

即ち、偏光ビームスプリッタ４０は、３方向から入力された３原色の画像を偏光変調素子４２の方向へと出力する。これにより、偏光ビームスプリッタ４０は、３原色の画像を結合させた画像を偏光変調素子４２へと出力する。偏光ビームスプリッタ４０に代えて、波長毎に光を反射または透過するクロスダイクロイックプリズムをビームスプリッタとして適用してもよい。

偏光変調素子４２は、偏光ビームスプリッタ４０の出力側に配置されている。偏光変調素子４２には、偏光ビームスプリッタ４０からカラーを構成する３原色である青色、緑色、赤色の画像が入力され、画像の偏光状態の一例である偏光方向を変調して出力する。偏光変調素子４２は、偏光方向の異なる偏光に位相差を生じさせて、偏光の偏光方向を異ならせる複屈折性を有する材料を含む。これにより、偏光変調素子４２は、偏光の状態で入力した各原色の波長幅において、一の偏光方向の光が入力された場合に、波長毎に互いに異なる偏光方向の光に変調して出力する。また、偏光変調素子４２は、３原色の偏光方向を波長に対して周期的に変調させる。

偏光変調素子４２には、位相差フィルム等の光学フィルム、人口水晶、光学結晶を適用できる。偏光変調素子４２に適用できる光学フィルムとして、ポリオレフィン系の樹脂、ポリカーボネート等をあげることができる。特に、ポリオレフィン系の樹脂によって偏光変調素子４２を構成すると、変調の波長依存性を低減できる。偏光変調素子４２に適用できる光学結晶として、シリコン結晶、石英結晶、KTP結晶、YAG結晶、サファイア結晶、方解石結晶、ゲルマニウム結晶、YVO4結晶、ジンクセレン結晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、ニオブ酸リチウム(例えば、LiNbO3,リチウムナイオベート,酸化ニオブリチウム)をあげることができる。

投影レンズ４４は、偏光変調素子４２によって変調された光による画像をスクリーン１２へと拡大して投影する。

次に、上述したプロジェクタ１０の動作について説明する。光源２０が、複数の原色の光を含む光を出力すると、ダイクロイックミラー２２、２４によって、３原色に分割される。分割された青色の光ＢＬ、緑色の光ＧＬ及び赤色の光ＲＬは、反射ミラー２６、２８、３０によって反射されて、青用液晶パネル３４、緑用液晶パネル３６、及び、赤用液晶パネル３８に入力される。青用液晶パネル３４、緑用液晶パネル３６、及び、赤用液晶パネル３８は、表示させる画像に基づいて、それぞれに入力した３原色の光の一部を偏光にして透過させて、偏光ビームスプリッタ４０へと入力する。偏光ビームスプリッタ４０は、３方向から入力された３原色の光の画像を結合して、偏光変調素子４２へと入力する。偏光変調素子４２は、結合された画像の各原色の光の偏光方向を波長毎に異ならせて、投影レンズ４４へと入力する。投影レンズ４４は、入力した画像をスクリーン１２へと投影する。スクリーン１２に投影された光は、スクリーン１２によって反射されて、画像として観察者に提供される。ここで、スクリーン１２に投影される光は、波長毎に偏光方向が異なる。換言すれば、複数の偏光方向の光がスクリーン１２に投影される。これにより、光の反射率が、投影される領域に関わらず、均一化される。この結果、領域毎に異なる反射率に起因する画像の色むら等を低減できるので、画質を向上させることができる。

次に、光源２０の具体例を説明する。図２は、光源２０の一例であるＵＨＰランプの波長と光強度との関係を示すグラフである。図３は、光源２０の一例であるＬＥＤランプの波長と光強度との関係を示すグラフである。図２及び図３において、縦軸は光の強度を示し、横軸は光の波長を示す。

図２に示すように、ＵＨＰランプでは、青色、緑色の強度のピークは、それぞれ４３９ｎｍ、５４８ｎｍである。ＵＨＰランプでは、画像の生成に用いる青色の波長幅は、４３０ｎｍから４８０ｎｍである。ＵＨＰランプでは、画像の生成に用いる緑色の波長幅は、５２０ｎｍから５８０ｎｍである。ＵＨＰランプでは、画像の生成に用いる赤色の波長幅は、６２０ｎｍから６８０ｎｍである。これらの各色の波長幅は、観察者が一色と認識する波長幅の一例である。

図３に示すように、ＬＥＤ光源の一例としてのＬＥＤランプでは、青色、緑色、赤色の強度のピークは、それぞれ４５０ｎｍ、５２０ｎｍ、６３０ｎｍである。ＬＥＤランプでは、画像の生成に用いる青色の波長幅は、４４０ｎｍから４７５ｎｍである。ＬＥＤランプでは、画像の生成に用いる緑色の波長幅は、５００ｎｍから５４０ｎｍである。ＬＥＤランプでは、画像の生成に用いる赤色の波長幅は、６２０ｎｍから６３５ｎｍである。これらの各色の波長幅は、観察者が一色と認識する波長幅の一例である。

光源２０としてレーザを適用した場合、青色、緑色、赤色の強度のピークは、それぞれ４４０ｎｍ、５３２ｎｍ、６３８ｎｍである。レーザでは、画像の生成に用いる青色の波長幅は、４２０ｎｍから４６０ｎｍである。レーザでは、画像の生成に用いる緑色の波長幅は、５２５ｎｍから５３７ｎｍである。レーザでは、画像の生成に用いる赤色の波長幅は、６１８ｎｍから６８０ｎｍである。これらの各色の波長幅は、観察者が一色と認識する波長幅の一例である。

図４は、偏光変調素子４２による偏光方向の変調の一例を説明する図である。図４において、下側に図示された横軸は波長を示し、上側に図示された各矢印は偏光変調素子４２を透過した光の偏光方向を示す。偏光変調素子４２を透過した上下方向を偏光方向とする偏光は、図４に示すように、偏光変調素子４２によって、波長毎に異なる偏光方向に変調される。例えば、図中、最も波長の短い光は、上下方向に振動する直線偏光に変調され、次に波長の短い光は上下方向に長く右回りの楕円偏光に変調される。また、図中、波長によっては、光は、右回り及び左回りの円偏光、左回りの楕円偏光、水平方向に長い楕円偏光、水平方向に振動する直線偏光へと、偏光変調素子４２によって変調される。これにより、偏光変調素子４２を介して、スクリーン１２に達する光は、原色毎に、複数の偏光方向を含む。従って、プロジェクタ１０の偏光変調素子４２は、偏光方向に依存するスクリーン１２による反射率のばらつきを低減できる。これにより、プロジェクタ１０の偏光変調素子４２は、ＣＩＥ（＝国際照明委員会）が定めるｘｙ色度図のｘ色度座標及びｙ色度座標を０．３３に近づけつつ、スクリーン１２に表示される画像の色むらを低減できる。

次に、位相差フィルムの位相差と、偏光方向との関連について調べた実験について説明する。まず、偏光変調素子により変調された偏光方向の測定方法について説明する。図５は、偏光方向の測定方法に使用される実験装置の概略図である。

この測定方法では、光源１２０と、偏光板１５２と、上述した偏光変調素子４２と、偏光板１５４と、輝度計１５６を用いた。光源１２０は、４００ｎｍから７００ｎｍの光を順次出力可能に構成されている。偏光板１５２は、上下方向の透過軸を有する。従って、偏光板１５２は、光源１２０から出力された光の振動成分のうち、上下方向及びその近傍の振動成分のみを透過させる。偏光板１５２は、水平方向の透過軸を有する。即ち、偏光板１５２と偏光板１５４は、互いに直交する方向の透過軸を有する。偏光板１５４は、偏光変調素子４２により変調された光の振動成分のうち、水平方向及びその近傍の振動成分のみを透過させる。輝度計１５６は、偏光板１５４を透過した光の強度を、波長毎に測定する。

偏光方向の測定では、光源１２０に４００ｎｍから７００ｎｍの光を出力させる。光は、偏光板１５２によって、上下方向を偏光方向とする偏光として透過した後、偏光変調素子４２によって偏光方向が変調される。この後、変調された偏光のうち、水平方向に振動する偏光が偏光板１５４を透過して、輝度計１５６によって強度を測定される。

ここで、上述したように偏光変調素子４２は、入力された光を波長毎に異なる偏光方向の偏光へと変調させて出力する。従って、光源１２０から出力された光が波長によらず一定であっても、偏光板１５４を透過する光の強度は、波長毎に異なる。従って、輝度計１５６によって測定される光は、波長毎に強度が異なる。以下、具体的に実験結果を参照して説明する。

図６は、５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が３１００ｎｍの位相差フィルムを有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。位相差フィルムは、ポリカーボネートからなる。図６に示すＢ、Ｇ、Ｒの幅は、それぞれ上述したＵＨＰランプにおける青色、緑色、赤色の波長幅を示す。図６に示すように、測定結果では、波長毎に光の強度が異なる。これは、波長毎に、偏光方向が異なることを意味している。即ち、偏光板１５２によって上下方向の偏光方向とされた直線偏光が、偏光変調素子４２によって波長毎に異なる偏光方向に変調されて、波長毎に偏光板１５２の光の透過量が異なっていることがわかる。また、波長が短いほど、変調の周期が短いことがわかる。これは、波長が短い色、即ち、青色の光による色むらをより低減できることを示す。

図７は、５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が４１００ｎｍの位相差フィルムを有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。図８は、５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が５１００ｎｍの位相差フィルムを有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。図９は、５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が７２００ｎｍの位相差フィルムを有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。図１０は、５８０ｎｍの波長の光に対する位相差が９３００ｎｍの位相差フィルムを有する偏光変調素子４２により変調された光の強度を測定したグラフである。図７から図１０において、位相差フィルムは、ポリカーボネートからなる。

図７から図１０に示すＢ、Ｇ、Ｒの幅は、図６と同様である。図７から図１０においても、偏光板１５２によって上下方向の偏光方向とされた直線偏光が、偏光変調素子４２によって波長毎に異なる偏光方向に変調されていることがわかる。これにより、少なくとも、５８０ｎｍの波長の光に対して、３１００ｎｍ以上の位相差を有する偏光変調素子４２は、波長毎に互いに異なる偏光方向に変調して出力できることがわかる。更に、図６から図１０を比較すると、偏光変調素子４２の位相差が大きくなるにつれて、周期が短くなっていることがわかる。これは、偏光変調素子４２の位相差が大きくなるにつれて、色むらが低減できることを示す。

更に詳細に見ると、図６では、３原色の全ての波長幅において、変調の周期が１．５周期未満である。図６では、周期の差が、多くとも１周期未満であることがわかる。図７でも同様に周期の差が多くとも１周期未満であることがわかる。図８、図９及び図１０では、それぞれにおいて、青色と赤色との波長幅に含まれる周期の差が、約１．０周期、約１．３周期、約２．０周期である。これにより、位相差フィルムの位相差が小さい場合、偏光変調素子４２の波長依存性を低減できることがわかる。

次に、上述の実施形態のプロジェクタ１０が色むらを低減できることを証明する実験について説明する。図１１は、照度を測定したスクリーン１２のポイントを説明する正面図である。図１１に示すように、色むらの測定実験では、スクリーン１２の９個所のポイントP１からP９で照度を測定した。ポイントＰ５は、スクリーン１２の略中心である。他のポイントＰ１からＰ４及びポイントＰ６からＰ９は、ポイントＰ５を中心として、上下左右方向に等間隔で配置されている。スクリーン１２の各ポイントの照度は、コニカミノルタ製の色彩照度計にて測定した。実験用の実施形態のプロジェクタ１０は、偏光変調素子４２として、５１００ｎｍの位相差フィルムを適用した。尚、上述の実施形態のプロジェクタ１０と比較するプロジェクタとして、偏光変調素子４２がない比較例についても同様に照度を測定した。実施形態のプロジェクタ１０及び比較例は、スクリーン１２の下方に配置した。プロジェクタ１０及び比較例とスクリーン１２の上端とを結ぶ直線は、水平方向から約６０°下方に傾斜している。水平方向において、実施形態のプロジェクタ１０及び比較例と、スクリーン１２との距離は、約５０ｃｍである。この状態で、実施形態のプロジェクタ１０及び比較例は、白色の光をスクリーン１２の全面に照射した。

図１２は、実験により測定された照度の数値の表である。また、これらの実験結果をプロットしたグラフが図１３、図１４、図１５である。図１３は、スクリーン１２の上部のポイントＰ１からＰ３の照度である。図１４は、スクリーン１２の中部のポイントＰ４からＰ６の照度である。図１５は、スクリーン１２の下部のポイントＰ７からＰ９の照度である。図１３から図１５において、横軸ｘ及び縦軸ｙは、ＣＩＥが定めるｘｙ色度図のｘ色度座標及びｙ色度座標に対応する。図１２から図１５の説明において、水平及び上下とは、スクリーン１２における水平及び上下の方向または位置のことである。

図１２から図１５に示すように、実施形態のプロジェクタ１０及び比較例のいずれにおいても、同じ上下位置における水平方向の最大照度と最小照度との差は、ｘ色度座標及びｙ色度座標に関わらず、いずれも０．０１以下となっている。これにより、水平方向においては、照度の差、即ち色むらはあまり出ないことがわかる。

図１２から図１５に示すように、比較例では、同じ水平位置における、ｙ色度座標の上下方向の最大照度と最小照度との最大差が０．０２４と大きくなっている。これは、比較例のｙ色度座標における左位置のポイントＰ１とポイントＰ７との差である。

一方、実施形態によるプロジェクタ１０では、同じ水平位置における、ｙ色度座標の上下方向の最大照度と最小照度との最大差が０．０１１となっている。これは、実施形態のプロジェクタ１０のｙ色度座標におけるポイントＰ２とポイントＰ５との差である。

また、比較例では、同じ水平位置における、ｙ色度座標の上下方向の最大照度と最小照度との最小差は、右位置の０．０１４である。これは、上述した実施形態のプロジェクタ１０の最大差の０．０１１よりも大きい。これにより、偏光変調素子４２を有するプロジェクタ１０が、極めて色むらを低減できることがわかる。

更に、図１２から図１５を示すように、偏光変調素子４２を有するプロジェクタ１０では、ｘ色度座標は比較例と差異が小さいが、ｙ色度座標が比較例に比べて０．３３に近いので、色度を白色に改善できることがわかる。

図１６は、他の偏光変調素子２４２を備えたプロジェクタ２１０の全体構成図である。偏光変調素子２４２は、位相差フィルム４６と、入力側ガラス板２６２と、出力側ガラス板２６４とを有する。尚、位相差フィルム４６は、偏光変調素子４２の位相差フィルムと同様の構成を有する。

入力側ガラス板２６２は、位相差フィルム４６の画像の入力側、即ち、光路の上流側の一面に設けられている。入力側ガラス板２６２の入力側の面は、位相差フィルム４６の入力側の面よりも平坦性が高い。出力側ガラス板２６４は、位相差フィルム４６の画像の出力側、即ち、光路の下流側の一面に設けられている。出力側ガラス板２６４の出力側の面は、位相差フィルム４６の出力側の面よりも平坦性が高い。入力側ガラス板２６２及び出力側ガラス板２６４は、３原色に対していずれも複屈折性を有さない等方性の材料からなる。

プロジェクタ２１０は、位相差フィルム４６の入力側及び出力側に入力側ガラス板２６２及び出力側ガラス板２６４が設けられているので、偏光変調素子２４２から出力される光の波面のばらつきを抑制できる。

プロジェクタ２１０では、位相差フィルム４６の入出力面の両側にガラス板を設ける例を説明したが、一方の面にのみガラス板を設けてもよい。この場合、位相差フィルム４６の出力側に出力側ガラス板２６４を設けることが好ましい。

プロジェクタ２１０では、位相差フィルム４６の面にガラス板を設ける例を説明したが、位相差フィルム４６の入出力の少なくとも一方の面、好ましくは出力側の面に、位相差フィルム４６よりも表面の平坦性の高い樹脂フィルムを設けてもよい。更に、位相差フィルム４６の入出力面の少なくとも一方、好ましくは出力側の面を研磨して平坦性を高めてもよい。これらによっても偏光変調素子２４２から出力される光の波面のばらつきを抑制できる。

図１７は、更に他の偏光変調素子３４２を備えたプロジェクタ３１０の全体構成図である。偏光変調素子３４２は、位相差フィルム４６と、出力制御部３６６とを備える。出力制御部３６６は、偏光ビームスプリッタ４０の出力側であって、位相差フィルム４６の入力側に配置されている。出力制御部３６６は、偏光ビームスプリッタ４０から出力された光の偏光方向を変更することにより、画像を複数の異なる位置に出力する。

図１８は、偏光変調素子３４２の概略図である。偏光変調素子３４２の出力制御部３６６は、偏光制御部３７０と、位置変更部３７２とを備える。偏光制御部３７０は、液晶パネル等を適用できる。偏光制御部３７０は、偏光ビームスプリッタ４０から出力された光の偏光方向を制御する。具体的には、偏光制御部３７０は、入力した光の偏光方向を維持したまま出力する場合と、入力した光の偏光方向を９０°回転させて出力する。位置変更部３７２は、複屈折性を有する材料を含む。これにより、位置変更部３７２は、異なる偏光方向の光を異なる位置へと出力する。

図１８に示すように、偏光ビームスプリッタ４０から紙面上下方向を偏光方向とする光が出力されたとする。この場合において、偏光制御部３７０が上下方向の偏光方向を維持したまま光を出力すると、位置変更部３７２は、その光を直進させる。この状態で出力された画像の位置を第１位置とする。

一方、偏光制御部３７０が上下方向の偏光方向を回転させて紙面表裏方向として光を出力すると、位置変更部３７２は、両面でその光を屈折させて位置を変更させつつ、入力された方向と略平行な状態で光を出力する。これにより、光は、第１位置から位置を変更された状態で出力される。この状態で出力された画像の位置を第２位置とする。

図１９は、出力制御部３６６によって投影される画素の第１位置と第２位置との関係を説明する図である。図１９において、各円は、スクリーン１２に投影された画像に含まれる１個の画素を示す。ドットハッチングがされた円を第１位置の画素ＰＸ１として、ドットハッチングされていない円を第２位置の画素ＰＸ２とする。

図１９に示すように、第１位置の画素ＰＸ１のピッチを「Ｐｔ」とする。第１位置の画素のピッチは、第２位置の画素のピッチと同じである。出力制御部３６６によって位置が変更された第２位置の画素ＰＸ２は、第１位置の画素ＰＸ１に対して水平方向に１／２ピッチＰｔずれた位置に投影される。従って、第２位置の各画素ＰＸ２は、第１位置の画素ＰＸ１と画素ＰＸ１との間に投影される。換言すれば、第２位置の画素は、第１位置の画素を補完する。ここで、出力制御部３６６が、１／３０秒毎に偏光方向を変換すると、１／３０秒毎に第１位置及び第２位置に交互に画素が投影される。これにより、プロジェクタ１０は、画素数が２倍の高画質の画像を観察者に提供できる。

次に、波長依存性について説明する。図２０は、ポリカーボネートによって偏光変調素子の位相差フィルムを構成した場合の波長と光の強度との関係を調べたグラフである。図２１は、ポリオレフィン系の樹脂によって偏光変調素子の位相差フィルムを構成した場合の波長と光の強度との関係を調べたグラフである。図２０及び図２１は、位相差フィルムの材料以外を同じ条件にしたシミュレーションの結果である。図２０及び図２１のシミュレーションでは、ともに位相差が５１００ｎｍの位相差フィルムを適用した。

図２０に示すように、ポリカーボネートによる偏光変調素子では、青色、緑色、赤色の波長幅に含まれる変調の周期は、それぞれ、約１．９周期、約１．２周期、約０．８周期である。一方、図２１に示すように、ポリオレフィン系の樹脂による偏光変調素子では、青色、緑色、赤色の波長幅に含まれる変調の周期は、それぞれ、約１．２周期、約１周期、約０．８周期である。これにより、ポリカーボネート及びポリオレフィン系の樹脂の両方において、３原色の各波長幅内の変調の周期の差が、互いに１周期以内であることがわかる。

また、赤色の波長幅の周期に対する青色の波長幅の周期の変化率は、ポリカーボネートでは、約２．３７５（＝１．９／０．８）であるのに対し、ポリオレフィン系の樹脂では約１．５（１．２／０．８）であった。これにより、ポリオレフィン系の樹脂では、波長依存性を低減できることがわかる。この結果、ポリオレフィン系の樹脂は、全ての色に対して、色むらをより均等に低減できることがわかる。

上述した実施形態では、偏光変調素子が、位相差フィルムを１枚だけ有する例を示したが、互いに特性の異なる複数枚の位相差フィルムを偏光変調素子に設けてもよい。特性が異なる例として、波長が長くなるにつれ偏光方向の変調の周期が長くなる位相差フィルムと、波長が長くなるにつれて偏光方向の変調の周期が短くなる位相差フィルムとを偏光変調素子に設けることを提案できる。これにより偏光変調素子の波長依存性を低減することができる。

上述した実施形態に追加して、光路上に他の光学部品を配置してもよい。例えば、偏光変調素子４２と、偏光ビームスプリッタ４０との間にλ／４波長板を設けてもよい。この場合、偏光変調素子４２に入力される光は円偏光となり、偏光変調素子４２はこの円偏光を異なる偏光方向の偏光へと変調することになる。

上述の実施形態では、３原色によってカラーの画像を形成するプロジェクタについて説明したが、２原色または４原色以上によってカラーの画像を形成するプロジェクタに上述した偏光変調素子を適用してもよい。

上述の実施形態では、１原色または２原色の波長幅に、それぞれの原色の変調の周期が１周期以上含まれる例を示したが、複数の原色、例えば、３原色の全ての波長幅に、それぞれ３原色の変調の周期が１周期以上含むようにしてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ プロジェクタ
１２ スクリーン
２０ 光源
２２ ダイクロイックミラー
２４ ダイクロイックミラー
２６ 反射ミラー
２８ 反射ミラー
３０ 反射ミラー
３２ 集光レンズ
３４ 青用液晶パネル
３６ 緑用液晶パネル
３８ 赤用液晶パネル
４０ 偏光ビームスプリッタ
４２ 偏光変調素子
４４ 投影レンズ
４６ 位相差フィルム
１２０ 光源
１５２ 偏光板
１５４ 偏光板
１５６ 輝度計
２１０ プロジェクタ
２４２ 偏光変調素子
２６２ 入力側ガラス板
２６４ 出力側ガラス板
３１０ プロジェクタ
３４２ 偏光変調素子
３６６ 出力制御部
３７０ 偏光制御部
３７２ 位置変更部

Claims (13)

1. カラーを構成する複数の原色の画像が入力され、前記画像の偏光状態を変調して出力する偏光変調素子であって、
   前記複数の原色の少なくともいずれかの原色の波長幅について、一の偏光状態が入力された場合に、波長毎に互いに異なる偏光状態に変調して出力する偏光変調素子。
2. 偏光状態は波長に対して周期的に変調するとともに、前記複数の原色の少なくともいずれかの原色の波長幅内に、変調の周期が１周期以上含まれる
   請求項１に記載の偏光変調素子。
3. 前記原色のうち、緑色の波長幅内に、変調の周期が１周期以上含まれる
   請求項１または２に記載の偏光変調素子。
4. 前記複数の原色の全てにおいて、それぞれの波長幅内に変調の周期が１周期以上含まれる
   請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
5. 前記複数の原色間で、各波長幅内の周期の差が、互いに１周期以内である
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
6. 前記偏光変調素子は、５８０ｎｍの波長の光に対して、３１００ｎｍ以上の位相差を有する
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
7. 前記偏光変調素子は、偏光の偏光状態を異ならせるポリオレフィン系の樹脂の位相差フィルムを有する
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
8. 前記偏光変調素子は、
   偏光の偏光状態を異ならせる位相差フィルムと、
   前記位相差フィルムの前記画像の入力側及び出力側の面のうち、少なくとも一方の面に設けられ、前記位相差フィルムよりも表面の平坦性が高い等方性のガラス板と
   を備える請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
9. 前記偏光変調素子は、偏光の偏光状態を異ならせる位相差フィルムを備え、
   前記位相差フィルムの表面は研磨されている
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
10. 前記偏光変調素子は、偏光の偏光状態を異ならせる位相差フィルムと、
    前記位相差フィルムの入力側に配置され、前記画像を複数の異なる位置に出力する出力制御部と
    を備える請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
11. 観察者が一色と認識する波長幅内に、波長に基づく偏光状態の変調の周期が１周期以上含まれる
    請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の偏光変調素子。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の偏光変調素子と、
    前記偏光変調素子の入力側に配置され、前記複数の原色の前記画像を結合させて、前記偏光変調素子へと出力するビームスプリッタと
    を備える光学部材。
13. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の偏光変調素子と、
    前記偏光変調素子の入力側に配置され、前記複数の原色の前記画像を結合させて、前記偏光変調素子へと出力する偏光ビームスプリッタと、
    前記複数の原色の光によって前記画像を生成する画像生成部と、
    前記画像生成部に複数の原色の光を供給する光源と
    を備えるプロジェクタ。

Images