WO2005008332A1

WO2005008332A1 - プロジェクタ

Info

Publication number: WO2005008332A1
Application number: PCT/JP2004/010973
Authority: WO
Inventors: Katsuyuki Uehara; Kazuhiro Nishida; Hirotaka Yanagisawa
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2005-01-27
Also published as: JP4144624B2; TWI239429B; US7083283B2; TW200510905A; EP1662311A4; CN1823299B; KR20060031693A; KR100785558B1; US20050078278A1; EP1662311A1; CN1823299A; JPWO2005008332A1

Abstract

継目の目立たない滑らかな画質の投射像を安定した状態で形成することができるプロジェクタを提供することを目的とする。第１ユニット２８ａを通過した像光は、λ／２位相差板２８ｈによって偏光方向が適宜回転し複屈折板２８ｉによって像光の一部がＹ方向に分岐したものであり、これをそのまま投射すると複数の２次元的に配列された画素ＰＸ０とその分岐像に対応する画素ＰＸ１とブラックマトリックス領域ＢＡとからなる画像ＩＭ２がスクリーン上に形成される。第２ユニット２８ｂを通過した像光は、λ／２位相差板２８ｊによって偏光方向が適宜回転し複屈折板２８ｋによって像光の一部がＹ方向に分岐したものであり、前段までの画素ＰＸ０，ＰＸ１とそれらの分岐像に対応する画素ＰＸ２とブラックマトリックス領域ＢＡとからなる画像ＩＭ３がスクリーン上に形成される。

Description

明細書

プロジェクタ技術分野

本発明は、液晶表示パネルその他の表示装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。

背景技術

離散的な画素からなる表示素子を備えるプロジェクタにおいて、光学的に透明で強誘電液晶等からなるスイツチ型の位相変調光学素子と光学的に透明な複屈折媒体とからなるゥォプリング素子を複数積層した構造の光学装置を組み込んだものが存在する（特開平 7— 3 6 0 5 4号公報参照）。

このようなプロジェクタでは、位相変調光学素子の動作を 1フレーム中で切替えることにより、複屈折光学素子を通過する光の偏光方向を直交方向に交互に切替える。これにより、位相変調光学素子及び複屈折媒体を経て射出される光の光路が 1フレーム中で切り替わって画素の隙間を埋めることができるので、離散的な画素からなる表示素子の画像を継目のない連続的な画面として投射することができる。

しかし、上記のプロジェクタでは、位相変調光学素子を 1フレーム期間中に切替えて駆動するので、位相変調光学素子の安定した動作を確保することが容易でなく、位相変調光学素子やその駆動回路が高価なものになり、或いは得られる画像が不安定なものとなる傾向が生じゃすい。

また、上記のプロジェクタでは、ある程度以上の透過率低下を避けることができず、透過率むらの発生も回避できないので、投射像の輝度低下や輝度むらが不可避的に発生する。発明の開示

そこで、本発明は、継目の目立たない滑らかな画質の投射像を安定した状態で形成することができるプロジェクタを提供することを目的とする。

また、本発明は、輝度低下や輝度むらの少ない投射像を形成することができるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、表示装置からの像光を結像する投射光学系と、入射光束の中心軸に対して所定方向に基準方位を設定して配置される複屈折光分岐素子と、複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を、所定方向の成分と当該所定方向に対する直交方向の成分との配分に関して調節する偏光状態調節部材とを備える。なお、偏光状態調節部材は、一般に投射光学系の後方側（つまり、投射光学系の表示装置側、換言すれば表示装置から投射光学系に至るまでの像光の光路上）に配置される。ただし、投射光学系内や投射光学系からスクリーンに至る光路上に上述の偏光状態調節部材を配置することもできる。この場合、像光が平行光であることが画質等の観点からは望ましいしいが、平行光でない区間であっても、最終的に投影される像の状態を考慮した光学設計によって所期の結像特性等が得られる。

上記プロジェクタでは、偏光状態調節部材が複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を所定方向の成分と当該所定方向に対する直交方向の成分との配分に関して調節するので、複屈折光分岐素子によって分岐される像光の強度比を上記配分に応じて比較的正確に調節することができる。よって、複屈折光分岐素子による像光の分岐を所望の強度比（例えば 1 ： 1 ) に定常的に保持することができ、偏光状態調節部材の状態を像光の分岐のためにフレームごとにスィツチする必要がないので、像光の分岐状態を簡易な手法で安定して保持することができる。つまり、表示装置がブラックマトリックス等によって仕切られた離散的な画素を有する場合であっても、偏光状態調節部材ゃ複屈折光分岐素子の特性設定によつて画素の隙間を埋めるような画素ずらしを生じさせることができるだけでなく、継目が無い或いは目立たない連続的で滑らかな画像を安定した状態で投射することができるとともに、輝度低下や輝度むらの少ない投射像を形成することができる。

また、本発明の具体的な態様におけるプロジェクタでは、偏光状態調節部材が、波長板及び旋光素子の少なくとも 1つを含む。この場合、複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を簡易に安定化させることができ、輝度低下や輝度むらの少ない安定した投射像を簡易に形成することができる。なお、「旋光素子」とは、ファラデー回転子等の光デバイスを含む概念である。

また、本発明の別の具体的な態様では、偏光状態調節部材が、波長板を有し、当該波長板の基準方位を中心軸のまわりに回転させることによって像光の偏光状態を調節する。この場合、波長板の回転位置の設定という簡易な操作によって、 2004/010973 複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を所望の状態に調節することがでさる。

また、本発明の別の具体的な態様では、表示装置が、照明装置からの照明光によって照明される光変調装置であり、当該光変調装置が、像光の射出が周期的な部分領域で制限されるブラックマトリックス部分を有し、複屈折光分岐素子が、ブラックマトリックス部分の配置及び形状に対応した厚みを中心軸の方向に関して有する複屈折板である。この場合、非発光型の光変調装置によって形成される画像をスクリーン等に投射することができ、複屈折光分岐素子の屈折率特性ゃ寸法等の設定によって、分岐された像光同士による補間が適正なものとなり光変調装置に設けたブラックマトリックス部分が目立たないものとなる。

また、本発明のさらに別の具体的な態様では、偏光状態調節部材が、複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を変更することによって、複屈折光分岐素子によって分岐される像光の強度比を変更可能である。この場合、複屈折光分岐素子によつて分岐される像光の強度比を状況に応じて変更することができ、投射画像の解像度等を所望の状態に設定することができる。具体的には、例えばブラックマトリックス等に起因する画像のザラツキ感を任意の程度に増減させることができる。，

また、本発明のさらに別の具体的な態様では、偏光状態調節部材を駆動することにより、複屈折光分岐素子によつて分岐される像光の強度比を変更する制御手段をさらに備える。この場合、プロジェクタに入力される信号の種類 (アナログ、デジタル等）、ュ'一ザ一による画質調整などの任意の操作、表示装置から射出される光の特性（偏光、色等）などに応じて、投射像を適切な状態に自動的に設定することができる。

また、本発明のさらに別の具体的な態様では、上記複屈折光分岐素子の前方側において基準方位を所定方向に対して光軸まわりの直交方向に設定して配置される第 2の複屈折光分岐素子と、当該第 2の複屈折光分岐素子に入射する像光の偏光状態を所定方向の成分と直交方向の成分との配分に関して調節する第 2の偏光状態調節部材とをさらに備える。ここで、複屈折光分岐素子の前方側とは、複屈折光分岐素子の投射光学系側、換言すれば複屈折光分岐素子から投射光学系に至るまでの像光の光路上を意味する。この場合、前者の複屈折光分岐素子（すなわち第 1の複屈折光分岐素子）によつて所定方向へ任意の投射位置ズレを生じさせることができ、その直交方向にも第 2の複屈折光分岐素子によつて任意の投射位置ズレを生じさせることができるので、 2次元的な画素ずらしによつてブラックマトリックス等に起因する画像のザラツキがどの方向にも存在しない状態の一様に滑らかな画像を達成することができる。

また、本発明のさらに別の具体的な態様では、表示装置が、各色ごとに設けられて個別に照明される複数の光変調装置を含み、当該複数の光変調装置によって変調された光を合成して射出させる光合成部材をさらに備える。この場合、各色ごとに設けた光変調装置が離散的な画素を有する場合であっても、偏光状態調節部材ゃ複屈折光分岐素子を適宜動作させて画素の隙間を埋めることにより、画素の継目が無い或いは目立たない連続的な力ラ一画像を安定した状態で投射することができる。

また、本発明のさらに別の具体的な態様では、偏光状態調節部材及び複屈折光分岐素子は、光合成部材の前方側において、光路に沿って順次配置される。ここで、光合成部材の前方側とは、光合成部材の投射光学系側、換言すれば光合成部材から投射光学系に至るまでの像光の光路上を意味する。この場合、偏光状態調節部材及ぴ複屈折光分岐素子をそれぞれ 1つ設けるだけで、画素の継目が無い或いは目立たない連続的なカラー画像を安定した状態で投射することができる。また、本発明のさらに別の具体的な態様では、偏光状態調節部材及び複屈折光分岐素子は、複数の光変調装置のそれぞれの前方側であつて光合成部材の後方側において、各色ごとの光路に沿ってそれぞれ順次配置される。ここで、光変調装置の前方側とは、光変調装置の光合成部材側を意味し、光合成部材の後方側とは、光合成部材の光変調装置側を意味しており、結果的に、偏光状態調節部材等は、光変調装置から光合成部材に至る像光の光路上に配置される。この場合、各色ごと個別に画素の継目を消す程度を調節することができ、プロジェクタによるカラ一画像の表現を多様化することができる。図面の簡単な説明

図 1は、第 1実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。

図 2 Aは、液晶ライトパルプの構成を示す断面図であり、図 2 Bは、液晶ライトバルブの一部等の構成を示す斜視図である。

図 3 A〜 3 Dは、装置要部を構成する光学素子の配置を説明する図である。 2004/010973 図 4 A, 4 Bは、 BM除去ユニットの作用を概念的に説明する図である。図 5 A〜5 Cは、第 1ュニットの機能を具体的に説明する図である。

図 6は、 2位相差板の機能を具体的に説明する図である。

図 7 Α〜図 7 Cは、図 4 A， 4 B等に示す動作の変形例を示す図である。図 8は、第 2実施形態のプロジェクタを説明する図である。

図 9 A〜9 Dは、第 1ュニットの機能を具体的に説明する図である。

図 1 0 A, 図 1 0 Bは、 Ζ 2位相差板の機能を具体的に説明する図である。図 1 1は、第 3実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

〔第 1実施形態〕

以下、本発明の第 1実施形態に係るプロジェクタの構造について図面を参照しつつ説明する。

図 1は、第 1実施形態のプロジェクタの光学系を説明する図である。このプロジェクタ 1 0は光源光を発生する光源装置 2 1と、光源装置 2 1からの光源光を R G Βの 3色に分割する光分割光学系 2 3と、光分割光学系 2 3から射出された各色の照明光によって照明される光変調部 2 5と、光変調部 2 5からの各色の像光を合成する光合成光学系 2 7と、光合成光学系 2 7で合成された像光に対して一種の光学的ローパスフィルタ処理を行う Β Μ除去ユニット 2 8と、 ΒΜ除去ユニット 2 8を経た像光をスクリーン (不図示) に投射するための投射光学系である投射レンズ 2 9とを備える。さらに、プロジェクタ 1 0は、光変調部 2 5に組み込まれている各色の表示装置（後に詳述）に対して駆動信号を発生する画像処理部 4 0と、上述の光源装置 2 1、 B M除去ュニット 2 8、画像処理部 4 0等を適宜動作させることにより装置全体を統括的に制御する制御装置 5 0とを備える。

' 光源装置 2 1は、光源ランプ 2 1 aと、一対のフライアイ光学系 2 1 b， 2 1 cと、偏光変換部材 2 I dと、重畳レンズ 2 1 eとを備える。ここで、光源ランプ 2 l aは、例えば高圧水銀ランプからなり、光源光をコリメートするための凹面鏡を備える。また、一対のフライアイ光学系 2 1 b , 2 1 cは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって光源ランプ 2 1 aからの光源光を分割して個別に集光 ·発散させる。偏光変換部材 2 1 dは、フライアイ 2 1 cから射出した光源光を図 1の紙面に平行な P偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ 2 1 eは、偏光変換部材 2 1 d を経た照明光を全体として適宜収束させて、各色の表示装置の重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系 2 l b , 2 1 cと重畳レンズ 2 1 eとを経た照明光は、以下に詳述する光分割光学系 2 3を経て、光変調部 2 5に設けられた各色の表示装置すなわち各色の液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cを均一に重畳照明する。

光分割光学系 2 3は、第 1及び第 2ダイクロイツクミラー 2 3 a , 2 3 bと、 3つのフィールドレンズ 2 3 f ~ 2 3 hと、反射ミラー 2 3 i， 2 3 j , 2 3 k とを備え、光源装置 2 1とともに照明装置を構成する。第 1ダイクロイツクミラ一 2 3 aは、 R G Bの 3色のうち R光を反射し G光及ぴ B光を透過させる。また、第 2ダイクロイツクミラー 2 3 bは、 G Bの 2色のうち G光を反射し B光を透過させる。この光分割光学系 2 3において、第 1ダイクロイツクミラー 2 3 aで反射された R光は、反射ミラー 2 3 iを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ 2 3 f に入射し、第 1ダイクロイツクミラー 2 3 aを通過して第 2ダイクロイックミラー 2 3 bで反射された G光も、同様のフィールドレンズ 2 3 gに入射する。さらに、第 2ダイクロイツクミラー 2 3 bを通過した B光は、光路差を補償するためのリレーレンズ L L 1 , L L 2及び反射ミラー 2 3 j , 2 3 kを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ 2 3 hに入射する。

光変調部 2 5は、それぞれが変調ュニット或いは光変調装置である 3つの液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cと、各液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cを挟むように配置される 3組の偏光フィルタ 2 5 e〜2 5 gとを備える。第 1ダイクロイツクミラー 2 3 aで反射された R光は、フィールドレンズ 2 3 f を介して板状の液晶ライトバルブ 2 5 aに入射する。第 1ダイクロイツクミラー 2 3 aを透過して第 2ダイクロイツクミラー 2 3 bで反射された G光は、フィールドレンズ 2 3 g を介して板状の液晶ライトバルブ 2 5 bに入射する。第 1及ぴ第 2ダイクロイツクミラー 2 3 a， 2 3 bの双方を透過した B光は、フィールドレンズ 2 3 hを介して板状の液晶ライトバルブ 2 5 cに入射する。各液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cは、入射した照明光の空間的強度分布を偏光方向の回転によって変調する光変調型の表示装置であり、各液晶ライトバルブ 2 5 a〜 2 5 cにそれぞれ入射した 3色の光（図示の場合、 P偏光）は、各液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。その際、偏光フィルタ 2 5 e〜2 5 gによって、各液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cに入射する照明光の偏光方向が精密に調整されるとともに、各液晶ライトバルブ 2 5 a〜2 5 cから射出される変調光から所定の偏光方向（図示の場合、 S偏光）の変調光が取り出される。

図 2 Aは、主に液晶ライトバルブ 2 5 aの構成を示す概略断面図であり、図 2 Bは、液晶ライトバルブ 2 5 aの一部等の構成を示す概略斜視図である。液晶ラィトバルブ 2 5 aは、液晶層 8 1を挟んで、透明な射出側基板 8 2と、透明な入射側基板 8 3とを備え、さらに、それらの外側に、光学接着剤によって貼りつけられた射出側カバー 8 4と、入射側カバー 8 5とを備える。入射側基板 8 3の液晶層 8 1側の面上には、透明な共通電極 8 6が設けられている。一方、射出側基板 8 2の液晶層 8 1側の面上には、薄膜トランジスタ 8 7と透明な画素電極 8 8 とが設けられている。薄膜トランジスタ 8 7は、マトリクス状に配置された複数の画素電極 8 8の周辺に設けられ、画素電極 8 8と電気的に接続されている。各画素は、 1つの画素電極 8 8と、共通電極 8 6と、これらの間に挟まれた液晶層 8 1とで構成される。入射側基板 8 3と共通電極 8 6との間には、各画素を区分するように格子状のブラックマトリックス (遮光部) 8 9が設けられている。このブラックマトリックス 8 9は、薄膜トランジスタや配線への光の入射を遮断する機能を有しているが、結果的に画素間に延在する格子状の暗部を形成し画像のザラツキの原因となる。対処法については後述する。射出側基板 8 2及ぴ入射側基板 8 3は、さらに、液晶層 8 1を構成する液晶分子を配列させるための配向膜 (図示せず）を備えている。以上のような構造を有する液晶ライトバルブ 2 5 a は、アクティブマトリクス型の液晶装置と呼ばれる。なお、本実施形態の液晶ラィトバルブ 2 5 aは、 T Nモードの液晶装置であり、射出側基板 8 2側の液晶分子の配列方向と入射側基板 8 3側の液晶分子の配列方向とが約 9 0度の角度を成すように、配向膜が形成されている。

入射側カバー 8 5、射出側カバー 8 4は、液晶ライトバルブ 2 5 aの表面の位置を、図 1に示した投射レンズ 2 9のバックフォーカス位置からずらすことによつて、液晶ライトパルプ 2 5 aの表面に付着したゴミを投射画面上で目立ちにくくするために設けられるものである。本実施形態では、入射側基板 8 3と射出側基板 8 2にそれぞれカバー 8 5， 8 4を貼り付けているが、その代わりに、基板 8 3， 8 2自体の厚みを大きくすることによって、基板 8 3， 8 2自体にこのような機能を持たせることも可能である。また、これらのカバー 8 5， 8 4は、変調の機能に影響を及ぼすものではないため、省略しても良いし、いずれか一方のみを設けるようにしても良い。

なお、入射個 j基板 8 3と、入射側カバー 8 5との間には、例えばマイクロレンズアレイを配置することができる。このようなマイクロレンズアレイは、各画素にそれぞれ光を集光する複数のマイク口レンズを有するものであり、光の利用効率を向上させることができる。

また、図 2 A， 2 Bにおいて、ブラックマトリックス 8 9の配置は模式的なものであり、実際には、ブラックマトリックス 8 9は、射出側基板 8 2と入射側基板 8 3とのいずれか一方に遮光膜として形成される場合と、両基板 8 2 , 8 3のそれぞれに設けられた遮光膜を組み合わせて形成される場合とがある。

以上は、 R光用の液晶ライトバルブ 2 5 aの構造についての説明であつたが、他の色の液晶ライトバルブ 2 5 b， 2 5 cも同様の構造を有しており、これらについては説明を省略する。

図 1に戻って、クロスダイクロイツクプリズム 2 7は、光合成部材であり、 R 光反射用の誘電体多層膜 2 7 aと B光反射用の誘電体多層膜 2 7 bとを直交させた状態で内蔵するものであり、液晶ライトバルブ 2 5 aからの R光を誘電体多層膜 2 7 aで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトパルプ 2 5 bからの G 光を誘電体多層膜 2 7 a , 2 7 bを介して直進 '射出させ、液晶ライトバルブ 2 5 cからの B光を誘電体多層膜 2 7 bで反射して進行方向左側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイツクプリズム 2 7で合成された合成光は、 B M 除去ュ-ット 2 8を介して投射レンズ 2 9に入射する。

B M除去ュ-ット 2 8は、それぞれが一種の光学的ローパスフィルタ処理を像光に対して実行可能な第 1及ぴ第 2ユニット 2 8 a , 2 8 bと、各ュニット 2 8 a， 2 8 b中の部材ゃ両ュニット 2 8 a , 2 8 b全体を光軸の回りに適宜回転させて両ュ -ット 2 8 a， 2 8 bを適切に動作させるためのァクチユエータ 2 8 d 〜2 8 f とを備える。ここで、第 1ユニット 2 8 aは、像光の偏光方向を所望量回転させるための； Z 2位相差板 2 8 hと複屈折作用によって像光の光路を分岐する複屈折板 2 8 iとを備える。同様に、第 2ユニット 2 8 bも、像光の偏光方向を所望量回転させるための;ノ2位相差板 2 8 j と複屈折作用によって像光の光路を分岐する複屈折板 28 kとを備える。ここで、各； 2位相差板 28 h, 28 jは、それ自身の回転位置の設定によって像光の偏光状態すなわち偏光面の方向を調節するための偏光状態調節部材として機能し、各複屈折板 28 1 , 28 kは、像光の偏光状態に応じて像光を対応方向に分岐して画素の隙間を埋めるような画素ずらしを生じさせるための複屈折光分岐素子として機能する。これら複屈折板 28 i , 28 kは、例えば水晶、ニオブ酸リチウム、方解石、サファイア等の材料を加工することによって作製され、入射光のうち常光成分と異常光成分との間に光路シフトすなわち光路分岐を生じさせる。また、ァクチユエータ 28 d〜28 f は、制御装置 50とともに BM除去ュニット 28において画素ずらしのために分岐される像光の強度比を目標値に変更するための制御手段として機能する。

図 3 A〜3Dは、 λ/ 2位相差板 28 h, 28 j及び複屈折板 28 i， 28 k の配置を説明する図である。図 3 A〜図 3 Dにおいて紙面に垂直な Z方向が図 1 のプロジェクタ 10の光軸方向（つまり、像光である入射光束の中心軸の方向）になっており、 X方向が投射画面の横方向に相当し、 Y方向が投射画面の縦方向に相当する。 X, γ, Z方向は、それぞれ互いに垂直である。このうち、図 3 A はえ / 2位相差板 28 hの基準方位 SD 1であつて光学軸に対応するものを示しており、図 3 Bは複屈折板 28 iの基準方位 S D 2であつて光学軸が紙面に垂直な光軸に対して傾いている方位に相当するものを示しており、図 3 Cは; 1/2位相差板 28 jの基準方位 SD 3であって光学軸に対応するものを示しており、図 3Dは複屈折板 28 kの基準方位 SD 4であって光学軸が光軸に対して傾いている方位に相当するものを示している。図からも明らかなように、両; 1/2位相差板 28 h， 28 jの基準方位 SD 1， S D 3は、水平な 0° の方向に対して 22 · 5° の角度を成しており、クロスダイクロイツクプリズム 27から射出される S 偏光等を 45° 回転させて 45° 傾斜状態の偏光とすることができる。また、両複屈折板 28 i， 28 kの基準方位 SD 2， SD 4は、水平な 0° の方向に対して 90° 及ぴ 0° の角度をそれぞれ成しており、光軸に沿って直進する常光に対して各方位に異常光を分岐することができる。

図 4A， 4Bは、 BM除去ユニット 28の作用を概念的に説明する図である。図 4Aは、 BM除去ユニット 28内の部材の配置関係を示し、図 4Bは BM除去ユニット 28内の各位置における画像処理を説明する図である。クロスダイク口イツクプリズム 27から射出される像光は、各液晶ライトパルプ 25 a〜25 c (図 1参照）力らの RGB光を合成したものであり、そのまま投射すると、複数の 2次元的に配列された画素 P X 0と各画素 P X 0の間に格子状に形成されたプラックマトリックス領域 B Aとからなる画像 I Mlが投射レンズ 29の前方側に配置されたスクリーン上に形成される。また、第 1ユニット 28 aを通過した像光は、え / 2位相差板 28 hによって偏光方向が光軸 OAのまわりに適宜回転し複屈折板 28 iによって像光の一部が上側の Y方向に分岐したものであり、これをそのまま投射すると、複数の 2次元的に配列された画素 PX0とその分岐像に対応する画素 PX 1とブラックマ 1、リックス領域 B Aとからなる画像 I M 2がスクリーン上に形成される。なお、分岐像によって形成される画素 PX 1は、常光に対応する画素 X0の分岐像を Y方向に適宜移動した画素ずらし像であり（図示の例では、分岐像のシフト量をブラックマトリックス領域 B Aの幅程度としているが、これに限らず、ブラックマトリックス領域 B Aの幅以下或いはその幅以上とすることができる。）、このような重ね合わせの結果として、ブラックマトリックス領域 B Aの格子のうち Y方向に関する幅が細くなる。さらに、第 2ュエツト 28 bを通過した像光は、； LZ 2位相差板 28 iによって偏光方向が光軸 OA のまわりに適宜回転し複屈折板 28 kによって像光の一部が横側の X方向に分岐したものであり、前段までの画素 PXO, PX 1とそれらの分岐像に対応する画素 PX 3， PX4と細く目立たないブラックマトリックス領域 BAとからなる画像 IM3がスクリーン上に形成される。なお、第 2ユニット 28 bを経て形成される画素 PX 3, P X 4は、画素 P X 0， PX 1の分岐像を X方向に第 1ュニット 28 aの場合と同程度移動した画素ずらし像であり、このような分岐光の重ね合わせの結果として、ブラックマトリックス領域 B Aの格子線のうち X方向の幅が細くなる。つまり、当初の画素 PX0の直交する 2方向に関する分岐によってブラックマトリックス領域 B A力ほぼ埋め合わされ、投射レンズ 29によって最終的にスクリーン上に投射される画像から格子状のブラックマトリクスがほぼ消滅し、画像のザラツキ感を除去することができる。

図 5 A〜5 Cは、 BM除去ュニット 28のうち前段の第 1ュニット 28 aの機能を具体的に説明する図である。図 5Aに示すように、 BM除去ユニット 28に入射する前の像光は、 S偏光状態の R光、 G光、及び B光からなる。図 5Bに示すように、最初の； Z2位相差板 28 hに入射することによって R光、 G光、及 10973 び B光の各色ともに偏光面が 45° 回転する。さらに図 5 Cに示すように、次の複屈折板 28 iに入射することによって R光、 G光、及び B光の各色は常光 OL と異常光 ELとに空間的に適宜分岐されるので、当初の画素 PXOとこれに対してシフト量 SHだけ移動させた分岐像の画素 PX 1とをスクリーン上に投射することができるようになる。以上において、 RGBの各色光の偏光面を Z 2位相差板 28 hによって 45° 回転しているので、常光と異常光との強度比すなわち 0次の画素 PXOと分岐された 1次の画素 PX1との各明るさの強度比をほぼ 1 ： 1に設定することができる。よって、このように分岐画素 PXO, PX1の強度比を調節することと、複屈折板 28 iの光路長を所望の値に設定して画素 P XOに対する画素 PX 1のシフト量 SHを調節することとを併せることで、ブラックマトリックス領域 B Aを効率的に補間して確実に目立たないものとすることができる。

図 6は、 /2位相差板 28 hの機能を具体的に説明する図である。 λ/2位相差板 28 hの光学軸を S偏光の方向に対して傾斜角 Θ = 22. 5° 傾けた場合、 S偏光の偏光面が 2 Θ =45° 回転して結果的に SPの両偏光成分が得られる。なお、又 Z 2位相差板 28 hを傾斜角 Θ = 1 12. 5 ° 傾けた場合も、 S偏光を 45° 回転させることができ、 S偏光から P偏光の成分を生成することができる。図 1に戻って、画像処理部 40は、光変調部 25に設けた各液晶ライトバルブ 25 a〜25 cに対して駆動信号を出力する。画像処理部 40には、パーソナルコンピュータからのデジタル画像信号とビデオ再生装置等からのビデオ画像信号とが切替え装置 61を介して選択的に入力される。画像処理部 40では、画像信号の内容を判断して各液晶ライトバルブ 25 a〜25 cに出力する駆動信号を生成するが、この際、画像信号の内容すなわち画像信号がデジタル画像信号であるかビデオ画像信号であるかに応じてァクチユエータ 28 d, 28 eを適宜動作させることによってブラックマトリックス領域 B Aの消去の有無や消去の程度を適宜調節することができる。例えば、デジタル画像信号が入力されている場合には、 BM除去ュニット 28の設定によってブラックマトリックス領域 B Aを残してクッキリとした高解像感のある画像を投射する。一方、ビデオ画像信号が入力されている場合には、 BM除去ュニット 28の設定によってブラックマトリックス領域 B Aを消して高解像度を維持しつつ滑らかな画像を投射する。また、ブラックマトリックス領域 B Aを消す場合においては、画像信号の種類や画像の種類（例えば白が支配的な画像であるか否かや、スライド的な画像であるか否か等）に応じてその消去の度合いを調整することができる。具体的には、 λ / 2位相差板 2 8 hの光学軸の位置すなわち入射光束の偏光方向に対する光学軸の角度を例えば 0 ° から 2 2 . 5 ° の範囲で適宜変えることにより、像光の偏光面をひ。〜4 5 ° の範囲で任意に設定することができ、常光と異常光との強度比すなわち 0次の画素 P X 0と 1次の画素 P X 1との強度比を 0〜 0 . 5の範囲で任意に設定することができる。さらに同様にして、両画素 P X O， P X 1に対する 2次の画素 P X 3 , ? 4の強度比も0〜0 . 5の範囲で任意に設定することができる。つまり、元のディスクリートな画素群からなる画像を任意の強度比に分岐して画素ピッチ以下の距離で相互にシフトさせることで、元の画像に存在したブラックマトリックスを所望の程度に消滅させるような補間が可能になる。なお、以上の例では、画像信号の内容に応じて常光と異常光との強度比すなわち当初画像と分岐補間画像との強度比を設定しているが、プロジェクタ 1 0の周囲に設けられた操作パネル 6 2を利用して当初画像と分岐補間画像との強度比を設定することもできる。この場合、ユーザが自らの意思で、 ①ブラックマトリックス領域 B Aが残るがクッキリとした高解像感のある画像と、 ②プラックマトリックス領域 B Aを消しつつも高解像度を維持しつつ滑らかな画像とを選択していずれか一方、或いはその中間画像をスクリーン上に投射させることができる。

以下、第 1実施形態に係るプロジェクタ 1 0の動作について説明する。光源装置 2 1からの光源光は、光分割光学系 2 3に設けた第 1及び第 2ダイクロイツクミラー 2 3 a , 2 3 bによって色分割され、対応する液晶ライトバルブ 2 5 a〜 2 5 cに照明光としてそれぞれ入射する。各液晶ライトパルプ 2 5 a〜2 5 cは、外部からの画像信号によつて変調されて 2次元的屈折率分布を有しており、照明光を 2次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶ライトパルプ 2 5 a ~ 2 5 cで変調された照明光すなわち像光は、クロスダイクロイツクプリズム 2 7で合成された後 BM除去ュニット 2 8を経て投射レンズ 2 9に入射する。投射レンズ 2 9に入射した像光は、不図示のスクリーンに投影される。この場合、光合成光学系 2 7と投射レンズ 2 9との間に BM除去ュ-ット 2 8を設けているので、図 1の紙面に垂直な縦方向と紙面に水平な横方向とに関して投射像からブラックマトリックスを消すことができ、必要に応じてブラックマトリックスの消去の程度を調節することができる。つまり、 Ζ 2位相差板 2 8 h , 2 8 jの回 3 転位置ゃ複屈折板 28 i , 28 kの特性設定によって当初の画素 PXOの隙間を埋めるような画素ずらしを生じさせることができる。これにより、継目が無い或いは目立たない連続的で滑らかな画像を安定した状態で投射することができるとともに、投射に際しての輝度低下や輝度むらの発生を抑えることができる。図 7A〜7Cは、図 4A, 4 B等に示す動作の変形例を示す図である。この場合、画像信号の内容等の状況に応じてァクチユエータ 28 f (図 1参照）等を動作させることにより、ブラックマトリックス領域 B Aの消去の方向を適宜変更することができる。具体的には、ァクチユエータ 28 f を動作させて第 1及び第 2 ュニット 28 a， 28 bを含む BM除去ュュット 28を全体として光軸のまわりに 45° 回転させる。これにより、画素ずらしに際しての画像の分岐方向が X方向や Y方向でなく 45° 傾いた方向となる。この場合において、ァクチユエータ 28 d, 28 eを適宜動作させることによって両; Z2位相差板 28 h， 28 j の回転位置を調節することができ、両複屈折板 28 i , 28 kによる画像の分岐強度比を所望の値とすることができる。

図 7 Aに示すように、クロスダイクロイツクプリズム 27から射出される像光に対応する画像 I M 1は、複数の 2次元的に配列された画素 P X 0と各画素 P X 0の間に配置されたブラックマトリックス領域 B Aとからなる。図 7 Bに示すように、第 1ユニット 28 aを通過した像光に対応する画像 I M 2は、複数の 2次元的に配列された画素 P X 0とその斜め方向の分岐像に対応する画素 P X 1とプラックマトリックス領域 BAとからなる。図 7 Cに示すように、第 2ユニット 2 8 bを通過した像光に対応する画像 IM3は、前段までの画素 PXO， PX1とそれらの斜め方向の分岐像に対応する一対の画素 PX 3, PX4とブラックマトリックス領域 BAとからなる。

〔第 2実施形態〕

図 8は、第 2実施形態のプロジェクタを説明する図である。第 2実施形態のプロジェクタは、第 1実施形態のプロジェクタを変形したものであり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。また、特に説明しない箇所については、第 1実施形態と同様に構成可能となっている。

この場合、 RB光用の液晶ライトバルブ 25 a, 25 cから射出される像光を両誘電体多層膜 27 a, 27 bに垂直な入射面に対して垂直方向に振動する S偏光とするが、 G光用の液晶ライトバルブ 25 bから射出される像光を上記入射面内で振動する P偏光とする。このため、光源装置 2 1から取り出す光源光を紙面に垂直な S偏光とするとともに、フィールドレンズ 23 f と液晶ライトバルブ 2 5 aとの間に R光用の 2位相差板 23 dを配置し、フィールドレンズ 2 3 h と液晶ライトバルブ 25 cとの間に B光用の; IZ 2位相差板 23 dを配置している。これにより、第 1ダイクロイツクミラー 23 aで反射された S偏光の R光は、反射ミラー 23 i及びフィールドレンズ 23 f を経て; LZ2位相差板 23 dによつて P偏光に変換され、液晶ライトバルブ 25 aを経て S偏光成分のみが変調光として取り出される。また、第 1及び第 2ダイクロイツクミラー 23 a， 2 3 b を通過した S偏光の B光は、リレーレンズ LL 1， LL 2、反射ミラー 23 j， 23 k及びフィールドレンズ 23 hを経て； /2位相差板 23 dによって P偏光に変換され、液晶ライトバルブ 25 cを経て S偏光成分のみが変調光として取り出される。なお、第 2ダイクロイックミラー 23 bで反射された S偏光の G光は、そのままフィールドレンズ 23 g及び液晶ライトバルブ 25 bを経て P偏光成分のみが変調光として取り出される。

以上の構成とすることにより、 RB光用の液晶ライトバルブ 25 a， 25 c力らの S偏光を両誘電体多層膜 27 a, 27 bで反射させ、 G光用の液晶ライトバルブ 25 bからの P偏光を両誘電体多層膜 27 a, 2 7 bを透過させることになる。これにより、両誘電体多層膜 27 a, 27 bの透過特性におけるエツジ波長が S偏光と P偏光とで異なる場合であっても、両誘電体多層膜 27 a， 27わによる R光及び B光の反射効率を高めつつ、両誘電体多層膜 27 a， 2 7 bによる G光の透過効率を高めることができる。

ただしこの場合、クロスダイクロイツクプリズム 27を経て BM除去ュニット 28に入射する RB光が S偏光となり、同 BM除去ュ-ット 28に入射する G光が P偏光となり、偏光方向が異なってしまう。このため、除去ユニット 28に設けた一対の λ/2位相差板 28 h, 28 jの結晶軸方位を適宜設定することによつて RGBの各色の偏光面を 45° 回転させ、一対の複屈折板 28 i , 28 kにてそれぞれ分岐される常光と異常光との強度比をほぼ 1 ： 1に設定して固定する。図 9 A〜9Dは、 BM除去ユエット 28のうち前段の第 1ュエツト 28 aの役割を具体的に説明する図である。図 9 Aに示すように、 BM除去ユニット 28に入射する前の像光は、 S偏光の R光及び B光からなるとともに P偏光の G光からなる。図 9 Bに示すように、最初の； /2位相差板 28 hに入射することによつて RB光及び G光ともに偏光面が 45° 回転する。図 9 Cに示すように、次の複屈折板 28 iに入射することによって R光及び B光は常光 Roと異常光 Reとに等しい割合で空間的に適宜分岐されるので、当初の画素 PX0とこれに対してシフト量 SHだけ移動させた分岐像の画素 PX 1とをスクリーン上に等しい強度で投射することができるようになる。一方、図 9 Dに示すように、複屈折板 28 i に入射することによって G光も常光 Goと異常光 G eとに等しい割合で空間的に適宜分岐されるので、当初の画素 PX0とこれに対してシフト量 SHだけ移動させた分岐像の画素 PX 1とをスクリーン上に等しい強度で投射することができるようになる。つまり、 G光が R光及び B光に対して異なる偏光面を有しているにも拘わらず、常光と異常光との強度比すなわち 0次の画素 PX0と分岐された 1 次の画素 PX 1との各明るさの強度比をほぼ 1 ： 1に設定することができ、各色について同様の画素ずらし像を得ることができる。

図 1 OA, 10 Bは、本実施形態における λ/2位相差板 28 hの機能を具体的に説明する図である。図 1 OAに示すように、 S偏光である RB光が傾斜角 Θ =22. 5° に設定された λ Z 2位相差板 28 hに入射した場合、 R B光の偏光面が 20=45° 回転して S Pの両偏光成分が均等に得られる。また、図 10B に示すように、 P偏光である G光が P偏光の方向に対して傾斜角 Θ = 67. 5° に設定された λ / 2位相差板 28 hに入射した場合、 G光の偏光面が 2 Θ = 22 5° 或いは 45° 回転して S Pの両偏光成分が均等に得られる。

〔第 3実施形態〕

図 1 1は、第 3実施形態のプロジェクタを説明する図である。第 3実施形態のプロジェクタは、第 1実施形態のプロジェクタを変形したものであり、特に説明しない箇所については、第 1実施形態と同様に構成可能となっている。

このプロジェクタ 1 10は、クロスダイクロイックプリズム 27の前段に RG Bの各色ごとに BM除去ユニット 28を備える。このような構成とすることにより、 RGBの各色ごと独立してブラックマトリックス領域 B Aの消去が可能になる。つまり、 RGBの各色ごとに分岐光の比率を調節することができ、 RGBの各色ごとに分岐光のシフト量を調整できるので、色特性を考慮した多様な表現も可能なる。なお、図面では省略しているが、各 BM除去ユニット 28ごとに、複屈折板 28 i， 28 kや； Z2位相差板 28 h， 28 j等を駆動するためのァクチユエータ 28 d〜28 f (図 1参照）が設けられている。また、光源装置 21 から取り出す光源光を紙面に垂直な S偏光とするとともに、フィールドレンズ 2 3 ίと液晶ライトバルブ 2 5 aとの間に R光用の； 1 / 2位相差板 2 3 dを配置し、フィールドレンズ 2 3 hと液晶ライトバルブ 2 5 cとの間に B光用のぇ/ 2位相差板 2 3 dを配置している。これにより、両誘電体多層膜 2 7 a , 2 7 bの透過特性におけるエッジ波長が S偏光と P偏光とで異なる場合であっても、両誘電体多層膜 2 7 a , 2 7 bによる R光及び B光の反射効率を高めつつ、両誘電体多層膜 2 7 a， 2 7 bによる G光の透過効率を高めることができる。

なお、クロスダイクロイツクプリズム 2 7の前段の 3箇所に B M除去ュニット 2 8をそれぞれ設けた場合、仮に各 B M除去ュニット 2 8において分岐強度比 1 ： 1で P偏光及び s偏光に分岐したとしても、クロスダイクロイツクプリズム 2 7に設けた両誘電体多層膜 2 7 a， 2 7 bの透過反射特性の偏光依存性に起因して投射画像において元画像と画素ずらし像との強度比が 1 ： 1とならない場合も生じる。この場合、 3つの B M除去ユニット 2 8にそれぞれ設けた一対の λ Ζ 2位相差板 2 8 h , 2 8 jの角度を各色ごとに微調整して、最終的に投影される画像の画素分離を各色のバランスをとりつつ修正して所望の状態に制御することができる。

以上は元画像と画素ずらし像との強度比が 1 ： 1の場合の説明であつたが、元画像と画素ずらし像との強度比が 1 ： 1とは異なる比率に調整された場合も同様の事情が成り立つ。このように元画像と画素ずらし像との強度比を変化させた場合の λ Ζ 2位相差板 2 8 h , 2 8 jの角度調整量の変化は、例えば制御装置 5 0 (図 1参照) にテーブルとして記憶させておくことができ、ァクチユエータ 2 8 d〜2 8 f (同図 1参照）の駆動に際して参照される。

なお、この発明は、上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記第 1〜第 3実施形態では、 B M除去ュニット 2 8を第 1及び第 2ユニット 2 8 a , 2 8 bで構成して、直交する方向に一種の光学的ローパスフィルタ処理を行わせることにより、ブラックマトリックスを 2方向に関して除去している力第 1ュニット 2 8 a或いは第 2ュニット 2 8 bのみからなる B M除去ュ-ットによってブラックマトリックスを除去することもできる。この場合、例えば縦方向或いは横方向のみに関してブラックマトリッタスが除去される。 BM除去ュ-ット 2 8を構成する第 1及ぴ第 2ユニット 2 8 a， 2 8 bの順序を入れ替えることもでき、最初に横方向に関してブラックマトリックスを除去する光分岐を行って、後に縦方向に関してブラックマトリックスを除去する光分岐を行うことができる。

上記実施形態では、除去ュニット 2 8に偏光状態調節部材として; L Z 2位相差板 2 8 h， 2 8 jを組み込んでいるが、 λノ 2位相差板 2 8 h， 2 8 jに代えて λΖ4位相差板等を用いることができる。この場合も、え / 4位相差板等の基準方位をプロジェクタの光軸まわりに回転させることで、光分岐の比率を調節することができる。偏光状態調節部材としては、位相差板に代えてファラデー回転子を用いることもできる。

上記実施形態では、光源ランプ 2 1 aの光を複数の部分光束に分割するため 2 つのフライアイ光学系 2 1 b， 2 1 cを用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学系すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。

上記実施形態では、液晶ライトバルブを 3つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、液晶ライトバルブのような光変調装置を 1つ、 2つ、あるいは 4つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。例えば、単一の液晶ライトバルブ等であつて各画素に R G Bのフィルタを配列したタイプの力ラ一表示パネルを白色光源で照明する場合にも、図 4 A等に示す BM除去ュニット 2 8を用いて同様の画素ずらし（すなわちブラックマトリックスの消去処理）力 S 可能である。

上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等のライトパルプが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタィプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネノレのみによつて構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。また、反射型プロジェクタでは、クロスダイクロイツクプリズムは、白色光を赤、緑、青の 3色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された 3色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される場合がある。また、クロスダイクロイツクプリズムではなく、三角柱や四角柱状のダイクロイツクプリズムを複数組み合わせたダイクロイツクプリズムを用いる場合もある。反射型のプロジェクタにこの発明を適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様な効果を得ることができる。なお、光変調装置は液晶ライトパブに限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であっても良い。プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタと、.投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタとがあるが、上記実施例の構成は、いずれにも適用可能である。

本発明において、光変調装置のブラックマトリックスは、像光の射出を周期的な部分領域で制限するようなものであれば良く、実施形態で説明したような遮光膜によって形成されたものには限られない。例えば、マイクロミラーを用いた光変調装置のように、遮光膜などによって積極的に像光の射出を制限していなくても、投射画像の画素間に継ぎ目が生じるような光変調装置は、ブラックマトリックスを有する光変調装置に該当する。

Claims

請求の範囲

1 . 表示装置からの像光を結像する投射光学系と、

入射光束の中心軸に対して所定方向に基準方位を設定して配置される複屈折光分岐素子と、

前記複屈折光分岐素子に入射させる像光の偏光状態を、前記所定方向の成分と当該所定方向に対する直交方向の成分との配分に関して調節する偏光状態調節部材と

を備えるプロジェクタ。

2 . 前記偏光状態調節部材は、波長板及び旋光素子の少なくとも 1つを含むことを特徴とする請求項 1記載のプロジェクタ。

3 . 前記偏光状態調節部材は、波長板を有し、当該波長板の前記基準方位を中心軸まわりに回転させることによって前記像光の偏光状態を調節することを特徴とする請求項 2記載のプロジェクタ。

4. 前記表示装置は、照明装置からの照明光によって照明される光変調装置であり、当該光変調装置は、像光の射出が周期的な部分領域で制限されるブラックマトリツタス部分を有し、前記複屈折光分岐素子は、前記ブラックマトリックス部分の配置及び形状に対応した厚みを前記中心軸の方向に関して有する複屈折板であることを特徴とする請求項 1から請求項 3の、ずれか一項記載のプロジェクタ。

5 . 前記偏光状態調節部材は、前記複屈折光分岐素子に入射させる前記 ί象光の偏光状態を変更することによって、前記複屈折光分岐素子によって分岐される像光の強度比を変更可能であることを特徴とする請求項 1から請求項 4のいずれか一項記載のプロジェクタ。

6 . 前記偏光状態調節部材を駆動することにより、前記複屈折光分岐素子によつて分岐される像光の強度比を変更する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項 5記載のプロジェクタ。

7 . 前記複屈折光分岐素子の前方側において基準方位を前記所定方向に対して光軸まわりの直交方向に設定して配置される第 2の複屈折光分岐素子と、当該第 2の複屈折光分岐素子に入射する像光の偏光状態を前記所定方向の成分と前記直交方向の成分との配分に関して調節する第 2の偏光状態調節部材とをさらに備えることを特徴とする請求項 1から請求項 6のいずれか一項記載のプロジェクタ。

8 . 前記表示装置は、各色ごとに設けられて個別に照明される複数の光変調装置を含み、当該光変調装置によって変調された光を合成して射出させる光合成部材をさらに備えることを特徴とする請求項 1から請求項 7のいずれか 1項記載のプロジェクタ。

9 . 前記偏光状態調節部材及び前記複屈折光分岐素子は、前記光合成部材の前方側において、光路に沿って順次配置されることを特徴とする請求項 8記載のプロジェクタ。

1 0 . 前記偏光状態調節部材及ぴ前記複屈折光分岐素子は、前記複数の光変調装置のそれぞれの前方側であって前記光合成部材の後方側において、各色ごとの光路に沿ってそれぞれ順次配置されることを特徴とする請求項 8記載のプロジェクタ。