JPWO2019187682A1 - 画像表示装置、及び画像表示ユニット - Google Patents

Abstract

高品質の画像を表示することを目的として、画像表示装置（１００）の、画像光を出射する光変調素子（１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂ）と、画像を投射する投射部（１４０）との間に、偏光子（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）と、偏光変換素子（１３６）と、１／４波長板（１３７）とを、この順位に具備する。前記偏光子（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）は、所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる。前記偏光変換素子（１３６）は、前記偏光子（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する。前記１／４波長板（１３７）は、前記偏光変換素子（１３６）から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される。

Description

本技術は、画像表示装置、及び画像表示ユニットに関する。

従来、プロジェクタ等の画像表示装置が多く用いられている。特許文献１に記載の投影装置では、色合成プリズムの合成光の出射側と、投射レンズの入射側との間に、ＲＧＢ全ての投射光を全方位に対して均一に無偏光化することが可能な偏光変換部が配置される。これにより、３Ｄメガネを傾けない状態での３Ｄ画像の色ムラを完全に消滅し、かつ３Ｄメガネを傾けた状態での３Ｄ画像の色ムラ及び輝度落ちを消滅することが可能となる。この結果、３Ｄ画質を大幅に向上させることが可能となる（特許文献１の明細書段落［０１５４］［０１５５］図２０等）。

特開２０１３−１１３９８４号公報

このように高品質の画像を表示可能な技術が求められている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、高品質の画像を表示することが可能な画像表示装置、及び画像表示ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る画像表示装置は、偏光子と、偏光変換素子と、１／４波長板とを具備する。
前記偏光子は、所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる。
前記偏光変換素子は、前記偏光子を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する。
前記１／４波長板は、前記偏光変換素子から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される。

この画像表示装置では、偏光子を透過する直線偏光が無偏光状態の光に変換される。無偏光状態の光の光路上には１／４波長板が配置される。これにより光路を逆向きに進行する無偏光状態の光の反射成分が、偏光子により再び反射されてしまうことを防止することが可能となる。この結果、高品質の画像を表示することが可能となる。

前記画像表示装置は、さらに、入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子と、前記画像光を投射する投射部とを具備してもよい。この場合、前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置されてもよい。また前記１／４波長板は、前記偏光変換素子と、前記投射部との間に配置されてもよい。

前記偏光変換素子は、光学軸を有してもよい。この場合、前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置されてもよい。

前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置されてもよい。

前記偏光子は、透過軸を有し、前記偏光子の透過軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置されてもよい。

前記偏光子は、前記偏光子の透過軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置されてもよい。

前記偏光変換素子は、一軸性結晶材料、又は一軸性有機材料により構成されてもよい。

前記偏光子は、偏光板であってもよい。

本技術の一形態に係る画像表示ユニットは、前記偏光子と、前記偏光変換素子と、前記１／４波長板とを具備する。

前記画像表示ユニットは、さらに、入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子を具備してもよい。この場合、前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置されてもよい。

以上のように、本技術によれば、高品質の画像を表示することが可能となる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。 偏光スクランブラーの偏光特性を説明するためのグラフである。 偏光スクランブラーと、１／４波長板との配置関係について説明するための図である。 反射型光変調素子から投射光学系までの光路を主に示す図である。 反射型光変調素子から投射光学系までの光路を進む画像光に対する偏光特性を説明するための図である。 反射型光変調素子から投射光学系までの光路を往復する反射成分に対する偏光特性を説明するための模式図である。 比較例として挙げる画像表示装置の構成例を示す図である。 画像生成部の他の構成例を示す概略図である。 画像生成部の他の構成例を示す概略図である。 画像生成部の他の構成例を示す概略図である。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

［画像表示装置］
図１は、本技術の一実施形態に係る画像表示装置の構成例を示す概略図である。画像表示装置１００は、例えばプレゼンテーション用、もしくはデジタルシネマ用のプロジェクタとして用いられる。その他の用途に用いられる画像表示装置にも、以下に説明する本技術は適用可能である。

画像表示装置は１００、光源部１０１と、照明光学系１１０と、画像生成部１３０と、投射光学系１４０とを有する。

光源部１０１は、白色光Ｗを生成して照明光学系１１０に出射する。光源部１０１には、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の固体光源、又は水銀ランプやキセノンランプ等が配置される。

例えばＲＧＢの各色の光をそれぞれ出射可能なＲＧＢ用の固体光源が用いられ、これらの出射光が合成されて白色光Ｗが生成されてもよい。または青色の波長帯域の光を出射する固体光源と、青色光により励起されて黄色の蛍光を発する蛍光体とが配置されてもよい。この場合、青色光と黄色光とが合成されて白色光Ｗが出射される。

照明光学系１１０は、インテグレータ素子１１１と、偏光変換素子１１２と、偏光素子１１３及び１１４と、集光レンズ１１５と、クロスダイクロイックミラー１１６と、反射ミラー１１７及び１１８と、ダイクロイックミラー１１９と、リレーレンズ１２０、１２１及び１２２とを有する。

インテグレータ素子１１１は、第１及び第２のフライアイレンズ１１１ａ及び１１１ｂを有する。これら第１及び第２のフライアイレンズ１１１ａ及び１１１ｂを白色光Ｗが透過することにより、白色光Ｗの輝度ムラが低減される。

偏光変換素子１１２は、インテグレータ素子１１１を介して入射する白色光Ｗの偏光状態を揃える機能を有する。偏光変換素子１１２としては、ＰＳコンバーター等の任意の光学素子が用いられてよい。偏光変換素子１１２を通った白色光Ｗは、集光レンズ１１５を介してクロスダイクロイックミラー１１６に出射される。

クロスダイクロイックミラー１１６は、集光レンズ１１５から出射された白色光Ｗを、長波長側の赤色光Ｒと、短波長側の緑色光Ｇ及び青色光Ｂとに分光する。クロスダイクロイックミラー１１６により分光された赤色光Ｒは、反射ミラー１１７により反射されて偏光素子１１３に入射する。偏光素子１１３により偏光状態が揃えられた赤色光Ｒは、リレーレンズ１２０を介して、画像生成部１３０に出射される。なお偏光素子１１３としては、偏光板等の任意の光学素子が用いられてよい。

クロスダイクロイックミラー１１６により分光された緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、反射ミラー１１８により反射されて偏光素子１１４に入射する。偏光素子１１４により偏光状態が揃えられた緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、ダイクロイックミラー１１９により、長波長側の緑色光Ｇと、短波長側の青色光Ｂとに分光される。

ダイクロイックミラー１１９により分光された緑色光Ｇはリレーレンズ１２１を介して、画像生成部１３０に出射される。ダイクロイックミラー１１９により分光された青色光Ｂはリレーレンズ１２２を介して、画像生成部１３０に出射される。

画像生成部１３０は、ＲＧＢの各色用に配置される反射型偏光素子１３１（１３１Ｒ、１３１Ｇ、１３１Ｂ）、反射型光変調素子１３２（１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂ）、波長板１３３（１３３Ｒ、１３３Ｇ、１３３Ｂ）、及び偏光板１３４（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）を有する。また画像生成部１３０は、色合成プリズム１３５、偏光スクランブラー１３６、１／４波長板１３７を有する。

反射型偏光素子１３１は、ワイヤグリッド偏光子である。本実施形態では、図１に示すリレーレンズ１２０〜１２２の各々から、反射型偏光素子１３１の光学面に対してＰ偏光となるように、ＲＧＢの各光が出射される。

反射型偏光素子１３１Ｒは、赤色光ＲのＰ偏光成分を波長板１３３Ｒに向けて出射する。波長板１３３Ｒは、黒輝度の浮きを補償する補償板として機能し、入射する赤色光Ｒの偏光方向を回転させて、反射型光変調素子１３２Ｒへ出射する。偏光方向の回転角度は、高精度の画像が投射されるように、適宜設定される。

反射型光変調素子１３２Ｒは、外部から供給される赤色光Ｒに対応した画像信号に基づいて、入射する赤色光Ｒを変調して反射する。変調された赤色光Ｒは、赤色画像を構成する画像光として出射される（以下、同じ符号を用いて画像光Ｒと記載する）。反射型光変調素子１３２Ｒとしては、典型的には、反射型液晶パネルが用いられるが、これに限定される訳ではない。

反射型光変調素子１３２Ｒにより出射された画像光Ｒは、波長板１３３Ｒを介して、反射型偏光素子１３１Ｒに入射する。画像光ＲのＳ偏光成分が光学面により反射され、画像光Ｒの光路上に配置された偏光板１３４Ｒに入射する。

偏光板１３４Ｒは、画像光Ｒの偏光状態を揃えて不要光をカットする。本実施形態では、偏光板１３４Ｒの透過軸（偏光軸）と平行な偏光方向を有する直線偏光が、偏光板１３４Ｒを透過して出射される。偏光板１３４Ｒから出射された画像光Ｒは、色合成プリズム１３５に出射される。

緑色光Ｇ及び青色光Ｂも同様に、反射型光変調素子１３２Ｇ及び１３２Ｂにより変調され、緑色画像を構成する画像光Ｇ、及び青色画像を構成する画像光Ｂとして出射される。画像光Ｇ及びＢは反射型偏光素子１３１Ｇ及び１３１Ｂにより反射され、画像光Ｇ及びＢの各々の光路上に配置された偏光板１３４Ｇ及び１３４Ｂに入射する。画像光Ｇ及びＢは、偏光板１３４Ｇ及び１３４Ｂの各々の透過軸に平行な偏光方向を有する直線偏光として、色合成プリズム１３５に出射される。

本実施形態では、偏光板１３４（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）として、無機偏光板が用いられる。もちろんこれに限定されず、任意の構成を有する偏光板が用いられてよい。

本実施形態において、反射型光変調素子１３２（１３２Ｒ、１３２Ｇ、１３２Ｂ）は、入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子に相当する。また偏光板１３４（１３４Ｒ、１３４Ｇ、１３４Ｂ）は、所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる偏光子に相当する。偏光子として、偏光板以外の光学素子が用いられる場合もあり得る。

色合成プリズム１３５は、例えば複数のガラスプリズム（４つの略同型状の直角二等辺プリズム）を接合することによって構成される。各ガラスプリズムの接合面には、所定の光学特性を有する２つの干渉膜が形成される。そのうちの第１の干渉膜は、青色光Ｂを反射し、赤色光Ｒ及び緑色光Ｇを透過させる。第２の干渉膜は、赤色光Ｒを反射し、青色光Ｂ及び緑色光Ｇを透過させる。

画像光Ｒ及びＢは接合面により反射され、画像光Ｇは接合面を透過する。これにより画像ＲＧＢが同一光路上に合成され、カラー画像を構成する画像光１０が生成される。画像光１０は、偏光スクランブラー１３６に出射される。

偏光スクランブラー１３６は、入射する光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する。本実施形態では、偏光板１３４Ｒ、１３４Ｇ及び１３４Ｂを透過して合成された画像光１０（画像光Ｒ、Ｇ、Ｂ）の偏光状態が変換され、無偏光状態の光として出射される。

無偏光状態の光とは、偏光していない状態の光であり、例えば自然光等が含まれる。また偏光方向が全方向に対して略均一に分布する光も、無偏光状態の光に含まれる。また様々な偏光状態の光を含む光も、無偏光状態の光に含まれる。また偏光成分の強度が互いに略等しく、偏光方向が互いに異なる複数の光を含む光も、無偏光状態の光に含まれる。

図２は、偏光スクランブラー１３６の偏光特性を説明するためのグラフである。偏光スクランブラー１３６としては、典型的には、光学軸を有し、入射する光の直交する２つの偏光成分に位相差（光路差）をつけて、偏光状態を変換することが可能な素子が用いられる。このような素子の厚みを適宜設計することで、入射する光の波長ごとに偏光状態が異なるように、入射する光の偏光状態を変換することが可能となる。

この結果、所定の波長帯域に含まれる光（複数の波長光を含む光）を入射させると、様々な偏光状態の光を含む無偏光状態の光を生成することが可能となる。なお光学軸とは、遅相軸（slow軸）あるいは進相軸（fast軸）に相当する。

図２Ａに示すように、２枚の偏光板１５及び１６を、各々の透過軸１５ａ及び１６ａが互いに略直交となるように配置した。そしてその間に、偏光スクランブラー１３６を配置して、波長ごとのクロスニコル透過率を測定した。

図２Ｂに示すように、波長ごとに透過率が周期的に大きく変化することが分かる。透過率の変化は、偏光状態の変化に相当する。例えば透過率が０％に近い値となる波長光は、偏光状態は変換されない。すなわち偏光スクランブラー１３６を透過した光は、偏光板１５の透過軸１５ａに平行な偏光方向を有する直線偏光となる。

透過率が１００％に近い値となる波長光は、偏光方向が略９０度回転される。すなわち偏光スクランブラー１３６透過した光は、偏光板１６の透過軸１６ａに平行な偏光方向を有する直線偏光となる。

図２Ｂに模式的に示すように、透過率が５０％に近い値となる波長光は、偏光スクランブラー１３６により円偏光に変換される。透過率が０％から５０％までの範囲に対応する波長光は、縦長の楕円偏光（透過軸１５ａに平行な偏光成分が多い楕円偏光）に変換される。透過率が５０％から１００％までの範囲に対応する波長光は、横長の楕円偏光（透過軸１６ａに平行な偏光成分が多い楕円偏光）に変換される。

このように偏光スクランブラー１３６に入射する光は、各波長で異なる偏光状態に変換される。破線で囲まれた赤色波長帯域１７Ｒ、緑色波長帯域１７Ｇ、及び青色波長帯域１７Ｂの各々において、様々な偏光状態の光が含まれることになる。この結果、各色の画像光Ｒ、Ｇ、Ｂは、偏光スクランブラー１３６により、無偏光状態の光Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１に変換される。

偏光スクランブラー１３６は、例えば一軸性結晶材料により構成される。水晶、サファイア、ニオブ酸リチウム、及びイットリウムバナデート等の、素材自体に軸を有する無機材質を用いることが可能である。この場合、偏光スクランブラー１３６の厚みは、例えば０．５ｍｍ以上に設定されるが、所望の偏光特性が発揮されるように任意に設計されてよい。厚みが適宜設定された水晶板等を用いることが可能である。

また偏光スクランブラー１３６は、例えば一軸性有機材料により構成することも可能である。例えばポリカーボネートやポリオレフィン等の有機フィルムにより、偏光スクランブラーを実現することも可能である。この場合、偏光スクランブラー１３６の厚みは、例えば１．０ｍｍ以上に設定されるが、所望の偏光特性が発揮されるように任意に設計されてよい。

その他、偏光スクランブラー１３６を実現するために、任意の構成が採用されてよい。水晶、波長板フィルム、無機位相差膜等を用いた任意の波長板を、偏光スクランブラー１３６として用いることが可能である。なお多層フィルム、多層無機蒸着膜、多層水晶の各構成にて、偏光スクランブラー１３６を形成したところ、吸湿や劣化等に対する耐性は、多層水晶の構成が高かった。この点も鑑み、高輝度モデルの画像表示装置に対しては、水晶等の無機材質を用いた偏光スクランブラー１３６が有効であると考えられる。もちろん本技術の適用が、この材料や構成に限定される訳ではない。

図１に示す１／４波長板１３７は、偏光スクランブラー１３６から出射される無偏光状態の光である画像光１０の光路上に配置される。また１／４波長板１３７は、偏光スクランブラー１３６と、投射光学系１４０との間に配置される。

本実施形態では、透光材料からなる土台部の一方の面部に偏光スクランブラー１３６が接続される。１／４波長板１３７は、土台部の他方の面に、偏光スクランブラー１３６と対向するように接続される。１／４波長板１３７を光路上に配置するための構成は限定されず、任意設計されてよい。

１／４波長板１３７は、入射する光の偏光面に９０度の位相差を与える。１／４波長板１３７の具体的な構成は限定されず、任意に設計されてよい。

本実施形態において、偏光スクランブラー１３６は、偏光子を透過する直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する偏光変換素子に相当する。また１／４波長板１３７は、偏光変換素子から出射される無偏光状態の光の光路上に配置される１／４波長板に相当する。

図３は、偏光スクランブラー１３６と、１／４波長板１３７との配置関係について説明するための図である。本実施形態では、１／４波長板１３７は、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａの方向が、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向に対応するように配置される。具体的には、図３に示すように、１／４波長板１３７は、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａの方向と偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向との角度差が略４５度となるように配置される。

図３に示すように、所定の方向（図中では左右方向）を０度として、左回りの方向を正の角度方向とする。図３Ａに示すように、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向が、４５度に設定される。この場合、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａは、９０度又は０度に設定される。

図３Ｂに示すように、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向が、９０度に設定される。この場合、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａは、４５度又は１３５度に設定される。図３Ｃに示すように、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向が、７０度に設定される。この場合、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａは、２５度又は１１５度に設定される。

もちろんここで例示した角度設定に限定されず、１／４波長板１３７の光学軸１３７ａの方向と、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向との角度差が略４５度となるのであれば、任意の構成が採用可能である。

偏光スクランブラー１３６から、無偏光状態の光として出射される画像光１０（画像光Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、１／４波長板１３７により偏光状態が変換される。１／４波長板１３７により偏光状態が変換された画像光１０も、無偏光状態の光として、投射光学系１４０に出射される。

投射光学系１４０は、偏光スクランブラー１３６及び１／４波長板１３７により無偏光状態の光に変換された画像光１０を、所定の倍率に拡大して、スクリーン等の被投射物に投射する。これによりカラー画像が表示される。投射光学系１４０は、例えば複数の投射レンズ等を含み、具体的な構成は適宜設計されてよい。本実施形態において、投射光学系１４０は、画像光を投射する投射部に相当する。

画像光１０を無偏光状態の光に変換することで、スクリーン等の被投射物の反射特性に起因した色ムラや輝度落ちの発生等を防止することが可能である。例えば被投射物に入射する光の入射角度と偏光状態とに応じて、光の反射率が異なる場合があり得る。この場合、ＲＧＢの画像光の各々の偏光状態に差異がある場合には、各色の光の反射率がばらついてしまい、色ムラや輝度落ちが発生してしまう。本実施形態では、画像光１０が無偏光状態の光に変換されるので、各色の光の反射率が略同等となり、色ムラや輝度落ちが防止される。

また３Ｄメガネにより所定の偏光状態の光を透過させ、右目画像及び左目画像として視聴させるシステムがある。このようなシステムにおいても、画像光１０を無偏光状態の光に変換することで、色ムラや輝度落ちを十分に防止することが可能である。また超短焦点プロジェクタ等により画像を表示する場合にも、本技術を適用することで、色ムラや輝度落ちを十分に防止することが可能である。

なお本実施形態では、反射型光変調素子１３２、波長板１３３、及び偏光板１３４、色合成プリズム１３５、偏光スクランブラー１３６、及び１／４波長板１３７により、画像表示ユニットが実現される。この画像表示ユニットが、画像表示装置１００から交換可能に構成されてもよい。

図４〜図６は、投射光学系１４０により反射される画像光１０の反射成分について説明するための模式図である。

図４は、反射型光変調素子１３２から投射光学系１４０までの光路を主に示す図である。図４では、説明を分かりやすくするために、緑色の画像光Ｇのみが図示されているが、もちろん他の色の画像光についても、同様の作用効果となる。

図５は、反射型光変調素子１３２から投射光学系１４０までの光路を進む画像光に対する偏光特性を説明するための図である。図５では、画像光１０が進む反射型光変調素子１３２から投射光学系１４０までの光路（往路）と、投射光学系１４０により反射される反射成分が逆向きに進む光路（復路）とが、直線状に模式的に図示されている。

また図５の枠２０〜２４内には、各色の画像光及び反射成分の偏光状態が模式的に図示されている。枠２０〜２４内の偏光状態は、各色光に含まれるある光に着目し、その偏光状態の変化を示した図である。

反射型光変調素子１３２Ｇにより出射された画像光Ｇは、波長板１３３Ｇ及び反射型偏光素子１３１Ｇを介して、偏光板１３４Ｇに入射する。ここでは画像光Ｇは、反射型偏光素子１３１の光学面に対してＳ偏光となる状態で、偏光板１３４Ｇに入射する。偏光板１３４Ｇから、同じくＳ偏光の状態の画像光Ｇが出射される。図５の枠２０に示すように、ＲＧＢの各色光において、偏光板１３４の透過軸１３４ａに平行な偏光方向を有する直線偏光が出射される。

偏光板１３４Ｇから出射された画像光Ｇは、色合成プリズム１３５を介して、偏光スクランブラー１３６に入射する。画像光Ｇは、偏光スクランブラー１３６により無偏光状態の光に変換される。もちろんＲＧＢの各色光が、無偏光状態の光に変換される。

図５の枠２１に示す例では、青色の画像光Ｂは、直線偏光からＰ偏光成分を多く含む楕円偏光に変換されている。緑色の画像光Ｇは、直線偏光から円偏光に変換されている。赤色の画像光Ｒは、Ｓ偏光成分を多く含む楕円偏光に変換される。もちろん図２に例示するように、ＲＧＢの各色光において、様々な偏光状態の光が含む無偏光状態の光に変換されている。

図４に示すように、偏光スクランブラー１３６により無偏光状態の光に変換された画像光Ｇは、１／４波長板１３７を透過する。１／４波長板１３７からは、無偏光状態の光として、画像光Ｇが出射される。偏光スクランブラー１３６及び１／４波長板１３７により、画像光Ｇが無偏光状態の光に変換されるということも可能である。

図５の枠２２に示す例では、１／４波長板１３７により、ＲＧＢの各色光が枠２１とは異なる直線偏光に近い楕円偏光（図５では直線偏光で模式的に表現している）にそれぞれ変換されている。もちろんＲＧＢの各色光において、様々な偏光状態の光が含む無偏光状態の光となっている。

図４に示すように、投射光学系１４０により反射された反射成分Ｇ'が生じたとする。この場合、反射成分Ｇ'は、偏光状態を略維持した状態で、１／４波長板１３７に再び入射する。その結果、図５の枠２３に示すように、ＲＧＢの各色光において、偏光状態が変換される。

図５に示すように、ＲＧＢの各色光は、１／４波長板１３７を２回透過することになる。従ってＲＧＢの各色光が１／２波長板１５０を透過することと略等しい偏光特性が発揮される。すなわち反射成分Ｇに対しては、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａと略４５度交差する方向に光学軸１５０ａが設定された１／２波長板１５０を透過することと略等しくなる。

１／２波長板１５０は、入射する光の偏光面に１８０度の位相差を与える。従って、図５の枠２３に示すように、ＲＧＢの各色光は、枠２１に示す偏光状態とは逆回りの円偏光及び楕円偏光となる。図４に示すように、１／４波長板１３７を透過した反射成分Ｇ'は、無偏光状態の光として、偏光スクランブラー１３６に入射する。

図６は、反射型光変調素子１３２から投射光学系１４０までの光路を往復する反射成分に対する偏光特性を説明するための模式図である。図６Ａ〜Ｃに示す各部材の配置関係は、図３Ａ〜Ｃに示す配置関係に対応する。

投射光学系１４０に反射される前の画像光１０に対する偏光スクランブラー１３６の偏光特性と、投射光学系１４０により反射された反射成分に対する偏光スクランブラー１３６の偏光特性との関係に着目する。

投射光学系１４０により反射された反射成分は、偏光スクランブラー１３６を透過した後から考えると、１／４波長板１３７を２回透過することになる。すなわち偏光スクランブラー１３６を透過した後に、１／２波長板１５０を透過したことと略等しくなる。そしてその後に、偏光スクランブラー１３６に再び入射する。

従って図５及び図６に示すように、反射成分に対しては、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａと略４５度交差する方向に光学軸１５５ａが設定された偏光スクランブラー１５５を透過することと略等しい偏光特性が発揮される。従って、入射光に対する位相差が打ち消し合うことになり、偏光スクランブラーの効果が打ち消される。

この結果、ＲＧＢの各色光において、往路の偏光スクランブラー１３６に入射する前の偏光状態と略等しい偏光状態に変換される。図５の枠２４に示す各色光は、枠２０に示す偏光状態と略等しく偏光状態となる。

図５に示すように、投射光学系１４０により反射された反射成分に対しては、軸無しの光学部材を透過することと略等しい偏光特性となり、偏光状態の変換が行われないことと略等価となる。従って図４に示すように、偏光スクランブラー１３６から出射される反射成分Ｇ'は、略Ｓ偏光となり、偏光板１３４Ｇでほとんど反射されることなく透過する。ＲＧＢの各色光においても同様であり、反射成分は、偏光光１３４を透過して反射型光変調素子１３２に戻される。

図７は、比較例として挙げる画像表示装置９００の構成例を示す図である。この画像表示装置９００では、偏光スクランブラー９３６と投射光学系９４０との間に、１／４波長板が配置されない構成を有する。

この場合、反射型光変調素子９３２Ｇから出射された画像光Ｇのうち、投射光学系９４０により反射された反射成分Ｇ'は、偏光スクランブラー９３６を透過した後も無偏光状態の光となる。従って、偏光板９３４Ｇの裏面反射等により、反射成分Ｇ'のうちＰ偏光成分が偏光板９３４Ｇにより反射される。反射されたＰ偏光成分は、偏光スクランブラー１３６により無偏光状態の光に変換され、投射光学系９４０によりスクリーン等に投射される。

従って、画像表示装置９００では、投射光学系９４０により反射された反射成分は、ゴースト成分となってしまい、スクリーン等に投射されてしまう。このことはＲＧＢの各色光に対して同様に発生してしまう。この結果、表示される画像の品質が大きく低下してしまう。

これに対して本実施形態に係る画像表示装置１００では、ＲＧＢの各色光において、投射光学系１４０により反射される反射成分は、偏光板１３４によりほとんど反射されることなく、偏光板１３４を透過する。従って偏光板１３４の裏面反射等を起因としたゴースト成分の発生を十分に抑制することが可能となり、非常に高品質の画像を表示することが可能となる。

また、図５に示す偏光板１３４を、偏光板１３４の透過軸１３４ａの方向が偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向に対応するように配置する。これにより偏光スクランブラーの効果が十分に発揮され、色ムラや輝度落ちの発生等を十分に防止することが可能となることが分かった。具体的には、偏光板１３４の透過軸１３４ａの方向と、偏光スクランブラー１３６の光学軸１３６ａの方向との角度差が略４５度となるように構成することで、色ムラや輝度落ちの発生等を十分に防止することが可能となった。

以上、本実施形態に係る画像表示装置１００では、偏光板１３４を透過する直線偏光が無偏光状態の光に変換される。無偏光状態の光の光路上には１／４波長板１３７が配置される。これにより光路を逆向きに進行する無偏光状態の光の反射成分が、偏光板１３４により再び反射されてしまうことを防止することが可能となる。従って、偏光スクランブラーの効果を維持しながら、反射ゴーストを十分に低減することが可能となる。この結果、高品質の画像を表示することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。

図８〜図１０は、画像生成部の他の構成例を示す概略図である。図８に示す画像生成部２３０のように、反射型偏光素子２３１（２３１Ｒ、２３１Ｇ、２３１Ｂ）として、ワイヤグリッド偏光子に代えて、プリズム型のビームスプリッタ等の他の偏光素子が用いられてもよい。また反射型光変調素子２３２（２３２Ｒ、２３２Ｇ、２３２Ｂ）が配置される向きも限定されず、適宜設計されてよい。

上記の実施形態と同様に、画像光１０（画像光Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光路上に、偏光板２３４（２３４Ｒ、２３４Ｇ、２３４Ｂ）、偏光スクランブラー２３６、及び１／４波長板２３７を配置する。これにより投射光学系２４０により反射される反射成分による反射ゴーストを十分に低減することが可能となり、高品質な画像を表示することが可能となる。

図９に示す画像生成部３３０のように、透過型光変調素子３３２（３３２Ｒ、３３２Ｇ、３３２Ｂ）が用いられてもよい。例えば透過型光変調素子３３２を挟むように偏光板や補償板が配置される。その他、任意の構成が採用されてよい。画像光Ｒ、Ｂの光路において、上記の実施形態と同様に偏光板３３４（３３４Ｒ、３３４Ｂ）、偏光スクランブラー３３６、及び１／４波長板３３７を配置する。これにより投射光学系３４０により反射される反射成分による反射ゴーストを十分に低減することが可能となり、高品質な画像を表示することが可能となる。なお画像光Ｇの光路上に、他の画像光Ｒ、Ｂと同様に偏光板が配置されてもよい。この場合でも、偏光スクランブラー３３６、及び１／４波長板３３７が配置されるので、反射ゴーストを十分に低減可能である。

図１０に示す画像生成部４３０では、反射型光変調素子４３２Ｇにより変調された緑色の画像光Ｇが、反射型偏光素子４３１Ｇにより反射され色合成プリズム４３５に入射する。反射型光変調素子４３２Ｒにより変調された赤色の画像光Ｒ及び反射型光変調素子４３２Ｂにより変調された青色の画像光Ｂは、反射型偏光素子４３１ＲＢにより同じ光路に沿って出射され、色合成プリズム４３５に入射する。

このような構成においても、画像光１０（画像光Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光路上に、偏光板４３４（４３４Ｇ、４３４ＲＢ）、偏光スクランブラー４３６、及び１／４波長板４３７をこの順番で配置する。これにより投射光学系４４０により反射される反射成分による反射ゴーストを十分に低減することが可能となり、高品質な画像を表示することが可能となる。

偏光スクランブラーの光学軸の方向と１／４波長板の光学軸の方向との対応関係について、上記では、互いの角度差を略４５度に設定する場合を説明した。これに限定されず、例えば６０度から３０度の範囲に設定することでも反射ゴーストの低減効果は発揮される。表示される画像の画質の許容範囲に基づいて、４５度の角度差を基準として角度差の許容範囲が適宜設定されればよい。そしてその許容範囲に含まれる任意の値が選択されてよい。

偏光子の透過軸の方向と偏光スクランブラーの光学軸の方向との対応関係についても同様である。上記では、互いの角度差を略４５度に設定する場合を説明したが、これに限定されない。表示される画像の画質の許容範囲に基づいて、角度差の許容範囲が適宜設定され、その許容範囲に含まれる任意の値が選択されてよい。

偏光板と色合成プリズムとの間に、偏光方向を回転可能な１／２波長板等の光学素子が配置されてもよい。例えば色合成プリズムの接合面の光学特性に対応するように各色の画像光の偏光方向を変換させる。これにより画像の高輝度化を図ることが可能となる。なおこの場合、偏光板と１／４波長板等の光学素子とにより、本技術に係る偏光子が構成されるとも言える。

光変調素子として、液晶パネルの他、ジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の任意のデバイスが用いられてよい。

各図面を参照して説明した画像表示装置、光源部、照明光学系、画像生成部、投射光学系等の各構成等はあくまで一実施形態であり、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で、任意に変形可能である。すなわち本技術を実施するための他の任意の構成が採用されてよい。

本開示において、「略同型状」「略均一」「略等しい」「略直交」「略９０度」「略４５度」「略同等」「略維持」「略等価」「略Ｓ偏光」等は、「完全同型状」「完全均一」「完全等しい」「完全直交」「完全９０度」「完全４５度」「完全同等」「完全維持」「完全等価」「完全Ｓ偏光」を基準とした所定の範囲（例えば±１０％の範囲）を意味する概念である。これらの概念を単に「同型状」「均一」「等しい」「直交」「９０度」「４５度」「同等」「維持」「等価」「Ｓ偏光」等を言うことも可能である。

以上説明した本技術に係る特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。すなわち各実施形態で説明した種々の特徴部分は、各実施形態の区別なく、任意に組み合わされてもよい。また上記で記載した種々の効果は、あくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果が発揮されてもよい。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる偏光子と、
前記偏光子を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される１／４波長板と
を具備する画像表示装置。
（２）（１）に記載の画像表示装置であって、さらに、
入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子と、
前記画像光を投射する投射部と
を具備し、
前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置され、
前記１／４波長板は、前記偏光変換素子と、前記投射部との間に配置される
画像表示装置。
（３）（１）又は（２）に記載の画像表示装置であって、
前記偏光変換素子は、光学軸を有し、
前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置される
画像表示装置。
（４）（３）に記載の画像表示装置であって、
前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置される
画像表示装置。
（５）（３）又は（４）に記載の画像表示装置であって、
前記偏光子は、透過軸を有し、前記偏光子の透過軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置される
画像表示装置。
（６）（５）に記載の画像表示装置であって、
前記偏光子は、前記偏光子の透過軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置される
画像表示装置。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記偏光変換素子は、一軸性結晶材料、又は一軸性有機材料により構成されている
画像表示装置。
（８）（１）から（７）のうちいずれか１つに記載の画像表示装置であって、
前記偏光子は、偏光板である
画像表示装置。
（９）所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる偏光子と、
前記偏光子を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される１／４波長板と
を具備する画像表示ユニット。
（１０）（９）に記載の画像表示ユニットあって、さらに、
入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子を具備し、
前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置される
画像表示ユニット。

Ｒ、Ｇ、Ｂ…画像光
Ｒ１、Ｇ１、Ｂ１…無偏光状態の光
Ｇ'…反射成分
１０…画像光
１００…画像表示装置
１０１…光源部
１１０…照明光学系
１３０、２３０、３３０、４３０…画像生成部
１３２、２３２、４３２…反射型光変調素子
１３４、２３４、３３４、４３４…偏光板
１３６、２３６、３３６、４３６…偏光スクランブラー
１３６ａ…偏光スクランブラーの光学軸
１３７、２３７、３３７、４３７…１／４波長板
１３７ａ…１／４波長板の光学軸
１４０、２４０、３４０、４４０…射光学系
３３２…透過型光変調素子

Claims (10)

1. 所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる偏光子と、
   前記偏光子を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される１／４波長板と
   を具備する画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置であって、さらに、
   入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子と、
   前記画像光を投射する投射部と
   を具備し、
   前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置され、
   前記１／４波長板は、前記偏光変換素子と、前記投射部との間に配置される
   画像表示装置。
3. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記偏光変換素子は、光学軸を有し、
   前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置される
   画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記１／４波長板は、前記１／４波長板の光学軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置される
   画像表示装置。
5. 請求項３に記載の画像表示装置であって、
   前記偏光子は、透過軸を有し、前記偏光子の透過軸の方向が前記偏光変換素子の光学軸の方向に対応するように配置される
   画像表示装置。
6. 請求項５に記載の画像表示装置であって、
   前記偏光子は、前記偏光子の透過軸の方向と前記偏光変換素子の光学軸の方向との角度差が略４５度となるように配置される
   画像表示装置。
7. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記偏光変換素子は、一軸性結晶材料、又は一軸性有機材料により構成されている
   画像表示装置。
8. 請求項１に記載の画像表示装置であって、
   前記偏光子は、偏光板である
   画像表示装置。
9. 所定の偏光方向を有する直線偏光を透過させる偏光子と、
   前記偏光子を透過する前記直線偏光の偏光状態を変換して、無偏光状態の光として出射する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子から出射される前記無偏光状態の光の光路上に配置される１／４波長板と
   を具備する画像表示ユニット。
10. 請求項９に記載の画像表示ユニットあって、さらに、
    入射する光を変調して画像光を出射する光変調素子を具備し、
    前記偏光子は、前記光変調素子から出射される前記画像光の光路上に配置される
    画像表示ユニット。

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