プロジェクタ
【課題】良好に調光可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクタは、波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系１０と、各々が複数種の色光の各々に対応して設けられ、色光を変調する複数の光変調手段２０ａ〜２０ｃと、複数の光変調手段２０ａ〜２０ｃの各々によって変調された色光を合成する色合成手段３０と、色合成手段３０から射出された光の光束を遮って配置され、色合成手段３０の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板６０と、位相差板６０をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、位相差板６０から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタ６０によって分離された光のうちの一方を投射する投射手段５０と、を備えている。
【解決手段】本発明のプロジェクタは、波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系１０と、各々が複数種の色光の各々に対応して設けられ、色光を変調する複数の光変調手段２０ａ〜２０ｃと、複数の光変調手段２０ａ〜２０ｃの各々によって変調された色光を合成する色合成手段３０と、色合成手段３０から射出された光の光束を遮って配置され、色合成手段３０の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板６０と、位相差板６０をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、位相差板６０から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタ６０によって分離された光のうちの一方を投射する投射手段５０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、展示会や学会、会議等のプレゼンテーションに、あるいはホームシアター等にプロジェクタ（投射型表示装置）がよく用いられている。このようなプロジェクタにあっては、直視型表示装置よりも大画面化が容易であり、投射画像の品質向上のためにダイナミックレンジを広くする技術が期待されている。
【０００３】
一般に、プロジェクタは、光源や光源光を変調する光変調手段（例えば液晶ライトバルブ）、変調後の光を投射する投射レンズ等を備えている。また、通常はフルカラー表示が可能になっており、白色光源にダイクロイックミラー等の色分離手段を組み合わせた照明系等によって、ＲＧＢ等の複数種の色光を供給するようになっている。光変調手段は色光ごとに設けられており、各光変調手段に変調された光をクロスダイクロイックプリズム等の色合成手段によって合成し、この合成光を投射することによりフルカラー表示の投射画像が得られるようになっている。
【０００４】
プロジェクタは、直視型表示装置よりも光源光の光量が格段に大きくなっている。このような光源にあっては、光源光を安定に供給する観点から、電圧変化によって光源を制御し光量を調整することは好ましくないと考えられる。そこで、光源とは別に光量を調整する調光手段を設けることにより、ダイナミックレンジを広くする技術が提案されている（例えば特許文献１、２）。
【０００５】
特許文献１の技術では、光強度を均一化するフライアイインテグレータを構成する２つのレンズの間に、ここを通る光の一部を遮光する遮光板を配置している。光の進行方向に対する遮光板の傾きを変化させることにより、光の進行方向に直交する断面での遮光板の投影面積が変化し、遮光する光量が変化する。すなわち、遮光板の傾きによって、フライアイインテクレータから射出される光の光量を制御することが可能になっている。
【０００６】
特許文献１の技術を用いる場合には、遮光板の面に平行な軸周りに遮光板を回転させるので慣性モーメントが大きくなり、遮光板の傾きを高速に制御することが困難である。また、遮光板の運動に伴って風きり音（騒音）を生じるおそれや、光の一部を遮光するので光強度を均一化する機能が低下して明るさのムラを生じるおそれもある。
【０００７】
特許文献２の技術では、光源と液晶ライトバルブとの間に、光の進行方向と平行な軸を中心に回転する円板状の位相差板を配置している。光源からの光は、位相差板の回転角に応じて偏光軸が回転する。偏光軸が回転した光は、その回転角に応じて液晶ライトバルブの偏光板に吸収される。すなわち、位相差板の回転角によって、液晶ライトバルブから射出される光の光量を制御することが可能になっている。
【０００８】
特許文献２の技術を用いると、位相差板の面に直交する軸を中心に回転させるので、特許文献１よりも慣性モーメントが小さくなり、調光を高速に行うことができる。また、風きり音や明るさムラを生じることも防止されると考えられる。
【特許文献１】特開２００４−６９９６６号公報
【特許文献２】特開２００１−１００６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２の技術を用いる場合でも、以下のような不都合を生じることがある。特許文献２の技術において、位相差板を通った光は、その偏光方向が変化してダイクロイックミラーに入射する。ダイクロイックミラーは、白色光を色光に分離するものであるから波長に対して感度が高くなっており、その光学特性が入射光の偏光状態に応じて変化することがある。すると、所望のカラーバランスに色光が分離されなくなり、色光が変調され合成された後、投射されると投射画像のカラーバランスが所望のものと異なってしまう。
【００１０】
また、分離された色光は、その偏光状態に応じて液晶ライトバルブの偏光板に吸収されるので、射出される光の光量を小さくするほど偏光板はエネルギーを吸収して発熱する。したがって、調光するにつれて偏光板が熱劣化してしまい、プロジェクタが短寿命化してしまう。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、良好に調光可能とされたプロジェクタを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプロジェクタは、波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系と、各々が前記複数種の色光の各々に対応して設けられ、該色光を変調する複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段の各々によって変調された色光を合成する色合成手段と、前記色合成手段から射出された光の光束を遮って配置され、前記色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板と、前記位相差板をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、前記位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタによって分離された光のうちの一方を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
回転手段によって位相差板を回転させると、色合成手段から射出された光の位相差板に対する入射面と位相差板の光学軸とがなす角度が、位相差板の回転角に応じて変化する。すると、位相差板に入射した光は、入射面と位相差板の光学軸とがなす角度に応じて偏光状態が変化し、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタによって分離される。分離された光のうち一方が投射手段によって投射されるので、位相差板の回転角を制御することにより投射される光の光量を制御することができる。
なお、ここで言う色合成手段の光軸とは、色合成手段から偏光ビームスプリッタに向けて射出される光束の中心軸のことである。また、色合成手段の光軸と位相差板の光学軸とがなす角度αは、前記光軸と平行な単位ベクトルと前記光学軸に平行な単位ベクトルの内積ｃｏｓαから求められる。色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸とは、色合成手段の光軸に対して（−１＜ｃｏｓα＜１）を満たす角度αをなす光学軸のことである。
【００１４】
位相差板をその面方向に略直交する軸回りに回転させると、面方向に沿う軸回りに回転させる場合よりも、慣性モーメントが小さくなる。したがって、面方向に沿う軸回りに回転させる場合よりも、位相差板の回転角の制御が容易化されるとともに高速化され、光量を良好に制御することができる。よって、ダイナミックレンジが広くなり、高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００１５】
偏光ビームスプリッタは、位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離するので、入射光をほとんど吸収しない。したがって、吸収又は透過によって入射光を分離する偏光板を用いる場合に比べ吸収した光エネルギーによる熱劣化が格段に低減される。よって、調光に偏光板を用いたものよりもプロジェクタの長寿命化が図られる。
【００１６】
また、前記色合成手段の光軸と前記位相差板の光学軸とがなす角度が、略９０°になっていることが好ましい。
このようにすれば、色合成手段から射出された光の位相差板における反射率が最も低くなるので、光の利用効率が高くなる。
【００１７】
また、前記複数の光変調手段と前記色合成手段と前記位相差板と前記回転手段とからなるグループを複数備えていることが好ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタによって、第１のグループ側から投射手段に入射する光の光量を調整することができ、かつ第２のグループ側から投射手段に入射する光の光量を調整することもできる。したがって、第１のグループ側及び第２のグループ側の各々においてダイナミックレンジを広くすることができる。
【００１８】
また、第１のグループ側から偏光ビームスプリッタに入射して分離された光の一方と、第２のグループ側から偏光ビームスプリッタに入射して分離された光の一方とが、投射手段によって投射されるので、投射画像を高品質にすることができる。例えば、第１のグループ側による画像全体と第２のグループによる画像全体とが重なり合うように投射すれば輝度の最大値が高くなり、しかも調光により最小値が低くなるので、ダイナミックレンジが格段に広くなる。また、例えば第１のグループによる画像と第２のグループによる画像とが並ぶように投射すれば、画素数が多くなるので高解像度となる。以上のように、前記の構成によれば格段に高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００１９】
また、偏光ビームスプリッタは、調光手段の一部として機能するとともに、第１のグループから射出された光と第２のグループから射出された光とを合成する手段としても機能する。したがって、これらの機能を独立した部品に分担させる場合よりも、プロジェクタの構成の簡略化が図られる。
【００２０】
前記回転手段が、前記複数の光変調手段に供給される画像信号に基づいて制御されていることが好ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタによって分離される光の光量が画像信号に基づいて制御される。したがって、投射画像を画像信号に適した明るさにすることが可能になり、良好な投射画像が得られるプロジェクタになる。
【００２１】
前記位相差板が、前記色合成手段と前記投射手段との間の前記色合成手段から射出される光束の断面全体を遮って設けられていることが好ましい。
このようにすれば、光束の断面において均一に光の偏光状態を制御することができ、光束の断面の一部のみを遮っている場合に比べて、射出される光の明るさムラを無くすことができる。
【００２２】
前記照明光学系が、光源と、前記光源から射出された光のうち所定の波長帯域の色光を分離し、前記複数種の色光を形成する色分離手段を有している構成としてもよい。
ダイクロイックミラー等の色分離手段の光学特性は、光の波長に対して高感度になっている。例えば、色分離手段の前段において光の偏光状態を変化させて調光すると、波長帯域光を分離する分離能が変化するおそれがある。
本発明では位相差板が色分離手段よりも後段に配置されているので、位相差板が色分離手段の分離能に影響を与えることがなくなり、色分離手段によって所望の波長帯域光を分離することができる。また、偏光ビームスプリッタは、光学特性の波長依存性が色分離手段よりも格段に低いので、入射光のカラーバランスを変化させることなくこれを分離することができる。以上のように、所望のカラーバランスの光を投射することができので、高品質の投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００２３】
また、前記位相差板が円板状になっており、前記回転手段は前記位相差板をその中心軸回りに回転させるようになっていることが好ましい。
このようにすれば、円板状の中心軸回りの慣性モーメントは他の軸回りの慣性モーメントよりも小さいので、小さなトルクで位相差板を回転させることができる。したがって、回転手段の機構の簡略化や、位相差板の制御の高速化・高精度化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクタ１の概略構成を示す模式図である。プロジェクタ１は、本発明を３板式の液晶ライトバルブ型プロジェクタに適用した例である。図１に示すように、プロジェクタ１は、照明光学系１０、液晶ライトバルブ（光変調手段）２０ａ〜２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）３０、偏光ビームスプリッタ４０、投射レンズ（投射手段）５０、１／２波長板（位相差板）６０を備えている。位相差板６０には、回転手段（後述する）が設けられている。
【００２６】
本実施形態の照明光学系１０は、光源１１、光源１１の後段に順に配置されたフライアイレンズアレイ１２、偏光変換素子１３、ダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂ等から構成されている。光源１１は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプ１１ａと、白色ランプ１１ａの光を反射させて前方に射出するリフレクタ１１ｂとから構成されている。
【００２７】
フライアイレンズアレイ１２は、光源１１から射出された光の光強度の分布を均一化するものである。これにより、被照明領域である液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃにおいて照度分布が均一化される。
偏光変換素子１３は、その詳細な構造を図示しないものの、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）及び１／２波長板アレイを有している。フライアイレンズアレイ１２からＰＢＳアレイに入射した光のうち、所定の偏光方向の偏光がＰＢＳアレイ内の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）を透過するとともに、それ以外の偏光方向の偏光がＰＢＳアレイ内のＰＢＳ膜で反射する。反射した偏光は、１／２波長板アレイによって偏光方向が前記所定の偏光方向に変化して射出される。このように偏光変換素子１３は、光源光の光量を損なうことなく光源光の偏光方向を一方向に揃えるようになっている。
【００２８】
ダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂは、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、所定の波長帯域の色光が選択的に反射し、それ以外の波長帯域の色光が透過するようになっている。例えば、光源１１から射出された光源光のうち、赤色光Ｌａがダイクロイックミラー１４ａを透過するとともに、緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃがダイクロイックミラー１４ａで反射する。また、ダイクロイックミラー１４ａで反射した緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃのうち、青色光Ｌｃがダイクロイックミラー１４ｂを透過し、緑色光Ｌｂがダイクロイックミラー１４ｂで反射する。
【００２９】
ダイクロイックミラー１４ａを透過した赤色光Ｌａは、反射ミラー１５ａで反射し平行化レンズ１８ａを経て赤色光用の液晶ライトバルブ２０ａに入射する。ダイクロイックミラー１４ａで反射した緑色光Ｌｂは、平行化レンズ１８ｂを経て緑色光用の液晶ライトバルブ２０ｂに入射する。ダイクロイックミラー１４ｂを透過した青色光Ｌｃは、リレー光学系１７を経て青色光用の液晶ライトバルブ２０ｃに入射する。リレー系１７は、ダイクロイックミラー１４ｂ側から順に配置されたリレーレンズ１６ａ、反射ミラー１５ｂ、リレーレンズ１６ｂ、反射ミラー１５ｃ、リレーレンズ１６ｃ等からなっている。リレーレンズ１６ｃは、平行化レンズとしても機能する。
【００３０】
液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃの各々は、透過型液晶セル２２と、その入射側・射出側にそれぞれ設けられた偏光板２１、２３とから構成されている。透過型液晶セル２２は、例えばアクティブマトリクス型のものであり一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃは、画像信号を供給する信号源（後述する）に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、前記電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の方位角が制御される。これにより、光を変調することが可能になっている。各液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃで変調された赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、クロスダイクロイックプリズム３０に入射するようになっている。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム３０は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌａが反射し緑色光Ｌｂが透過するミラー面と、青色光Ｌｂが反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、これらのミラー面で選択的に反射あるいは透過して同じ側に射出される。これにより、３つの色光が重ね合わされて合成光Ｌとなる。
【００３２】
なお、複数の液晶ライトバルブの各々に入射する色光の偏光方向を揃える場合と、異ならせる場合とがある。互いに偏光方向を異ならせると、色光の減衰特性等を改善すること等ができる。このような理由により本実施形態では、液晶ライトバルブ２０ｂから射出された緑色光Ｌｂが偏光ビームスプリッタ４０の入射面に対してＰ偏光になっており、液晶ライトバルブ２０ａ、２０ｃの各々から射出された赤色光Ｌａ、青色光ＬｃがＳ偏光になっている。このような場合には、複数の光変調手段の各々から射出された色光の偏光方向を揃える必要がある。ここでは、クロスダイクロイックプリズム３０と偏光ビームスプリッタ４０との間に、偏光調整手段３５が設けられている。なお、以下の説明で、偏光ビームスプリッタ４０の入射面に対するＰ偏光、Ｓ偏光を単にＰ偏光、Ｓ偏光と称する場合がある。
【００３３】
偏光調整手段３５は、その詳細な構造を図示しないものの、狭帯域偏光回転フィルムと１／２波長板とから構成されている。狭帯域偏光回転フィルムは、これに入射した光のうち、所定の波長帯域光の偏光方向を回転させるものである。ここでは、緑色光Ｌｂに対応する波長帯域光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変化させるようになっている。これにより、赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、いずれもＳ偏光になって１／２波長板に入射し、いずれもＰ偏光になって１／２波長板から射出される。
【００３４】
本実施形態では、位相差板として円板状の１／２波長板６０を採用している。１／２波長板６０は、その円形の面に沿う方向の光学軸を有しており、この面が色合成手段の光軸と直交するように配置されている。この面は、色合成手段から射出される光束の断面よりも大きくなっており、この断面全体を遮るようになっている。本実施形態の回転手段は、１／２波長板６０を支持する支持部材と、１／２波長板６０を回転させるステッピングモータ等のモータとからなっている。この支持部材は、色合成手段から射出される光束の外側に張り出した周縁部において１／２波長板６０を支持しており、この光束を遮らないようになっている。また、１／２波長板６０の面方向に直交する方向の併進運動を規制するとともに、１／２波長板６０の面方向と直交する軸周りの回転運動を妨げないようになっている。前記モータは、ステッピングモータ等から構成されており、その回転角がモータ駆動回路（後述する）によって制御可能になっている。このモータは、１／２波長板６０をその中心軸周りに所定角度だけ回転させることができるようになっている。中心軸とは、円形の面の中心を通りこの面に直交する軸のことである。
【００３５】
このような１／２波長板６０に入射した光は、その偏光軸と１／２波長板６０の光学軸とがなす角度をθ（度）とすると、偏光軸が２θ（度）回転して１／２波長板６０から射出される。例えば、Ｐ偏光がθ＝０°の状態で１／２波長板６０に入射すると、偏光軸が回転することなくＰ偏光のまま射出される。また、Ｐ偏光がθ＝４５°の状態で１／２波長板６０に入射すると、偏光軸が９０°回転してＳ偏光となり射出される。前記のように１／２波長板６０の回転角はモータ駆動回路によって制御可能になっているので、１／２波長板６０から射出される光の偏光方向も制御可能になっている。１／２波長板６０から射出された光は、偏光ビームスプリッタ４０に入射するようになっている。
【００３６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４０として偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）を用いている。偏光ビームスプリッタ４０は、第１方向に振動する第１偏光（例えばＰ偏光）を略全透過させるとともに、これと異なる第２方向の偏光（例えばＳ偏光）を略全反射させるようになっている。すなわち、Ｐ偏光が、１／２波長板６０に入射しその偏光方向が２θ（度）だけ回転した後、偏光ビームスプリッタ４０に入射すると、１／２波長板６０に入射する前のｃｏｓ２θ倍程度のＰ偏光が偏光ビームスプリッタ４０を透過する。ここでは、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光Ｌｄが投射レンズ５０に入射し、投射レンズ５０によってスクリーン（被投射面）７０に拡大投射されるようになっている。また、１／２波長板６０に入射する前のｓｉｎ２θ倍程度のＳ偏光が、偏光ビームスプリッタ４０で反射する。反射した光Ｌｅは、図示略の光吸収体等に吸収されこれに設けられた放熱板等から熱エネルギーとして散逸される。投射される光Ｌｄは、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光の振幅に応じた光量になっている。理論上は、θ＝０°の場合には光量が１００％となり、θ＝４５°の場合には光量が０％となる。このように、１／２波長板の回転角によって、投射画像を示す光の光量を制御することが可能になっている。
【００３７】
次に、図２を参照しつつ、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃに画像信号を供給する信号源、及び１／２波長板６０を回転させる回転手段について説明する。図２は、信号源及び回転手段の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、信号源９０は、画像解析回路９１、演算装置９２、ゲイン調整回路９３、及びモータ駆動回路９４を有している。モータ駆動回路９４は、モータ８１と電気的に接続されている。
【００３８】
画像解析回路９１は、外部から入力された画像信号を解析して、明るさの調整量を判定するようになっている。画像信号は、ＰＣ等で生成されたデジタル形式のものやアナログ形式のものをＡ／Ｄコンバータ等でデジタル形式に変換したもの等である。例えば、対象となるフレームに含まれる画素データに基づいて、明るさの基準値を決定し、これに投射画像における最大の明るさに合わせるように調整量を決定する。明るさの基準値の決定方法としては、例えば対象となるフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を基準とする方法や、階調数ごとの出現数分布において代表値（例えば最大値、最小値等）の階調数から一定の割合の出現数（例えば９０％）を含む範囲を設定しその端の値を基準とする方法、さらに画像を複数の領域に分割し所定の領域に重み付けをして階調数ごとの出現数分布を評価する方法等が挙げられる。
【００３９】
このようにして決定された明るさの調整量は、演算装置９２によって適宜処理されてゲイン調整回路９３に伝達される。ゲイン調整回路９３は、この調整量に基づいて伸長処理やエッジ強調処理、ノイズフィルタ処理等の各種画像処理を行って、画像信号を加工するようになっている。加工された画像信号は、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃに供給される。
【００４０】
また、この明るさの調整量は、演算装置９２によって適宜処理された後にモータ駆動回路９４にも伝達される。モータ駆動回路９４は、明るさの調整量から算出される量だけモータ８０を駆動し、モータ８０が１／２波長板６０をその中心軸周りに所定角度だけ回転させるようになっている。円板における中心軸周りの慣性モーメントは、他の軸周りよりも小さいので、小さなトルクで１／２波長板６０の回転角を制御することができる。これにより、モータ８０の機構の簡略化や回転角の制御の高速化が図られる。また、１／２波長板６０の回転によって、雰囲気ガス（例えば空気）等がほとんど流動しないので、風きり音等の騒音を生じることがない。
【００４１】
演算装置９２は、例えばＣＰＵ等であり、画像解析回路９１やゲイン調整回路９３、モータ駆動回路９３を機能させる上で必要となる演算を行うようになっている。これらの回路は、必要に応じてデータを演算装置９２に送り、演算装置９２から演算結果を受け取るようになっている。
【００４２】
第１実施形態のプロジェクタ１にあっては、クロスダイクロイックプリズム３０によって合成された光の偏光状態を１／２波長板６０の回転角に応じて変化させることが可能になっている。そして、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０によって分離することによって、調光することが可能になっている。したがって、光源１１とダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂとの間に調光手段が不要となり、この調光手段によってダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂの分解能が正常に機能しなくなることが防止される。よって、所定の波長帯域の色光を変調し合成した後、調光し投射することができ、高品質な投射画像が得られるプロジェクタ１となっている。
【００４３】
また、１／２波長板６０によって偏光状態が変化された光は、偏光ビームスプリッタ４０にほとんど吸収されないので、光を吸収する偏光板によって光を分離し調光する調光手段に比べ光の吸収による偏光ビームスプリッタ４０の熱劣化がなくなる。したがって、偏光板を用いた調光手段を備えたものよりも、長寿命のプロジェクタ１となっている。
【００４４】
なお、第１実施形態では、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光を投射しているが、偏光ビームスプリッタ４０で反射した光を投射させる構成を採用してもよい。例えば、Ｓ偏光を射出する偏光変換素子、あるいはＳ偏光を射出する偏光調整素子等を採用し、液晶ライトバルブから１／２波長板６０に入射する光をＳ偏光に揃えておく。これにより、偏光ビームスプリッタ４０で反射した光の光量は、Ｐ偏光に揃えておいた場合に偏光ビームスプリッタ４０を透過する光の光量（前記所望の光量）と同程度になる。
また、液晶ライトバルブから１／２波長板６０に入射する光をＰ偏光に揃えておき、１／２波長板６０の回転角を前記第１実施形態の場合と４５度ずらすことによっても、反射側において所望の光量とすることができる。
このように反射光を所望の光量とし、これを投射するように反射側に投射レンズを配置すればよい。
また、位相差板６０としては、１／２波長板の他にも１／４波長板やその他の位相差を付与するものであってもよいし、これらを複数枚数用いたものであってもよい。
【００４５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプロジェクタについて説明する。本実施形態のプロジェクタが前記第１実施形態と異なる点は、６板式の液晶ライトバルブ型プロジェクタとなっている点である。
【００４６】
図３は、第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を示す模式図である。プロジェクタ２は、Ｐ側エンジン（第１のグループ）とＳ側エンジン（第２のグループ）とを備えている。図３に示すように、Ｐ側エンジンは照明光学系１１０、液晶ライトバルブ１２０ａ〜１２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム１３０、１／２波長板１６０、及び１／２波長板１６０を回転させる回転手段（図示略）からなっている。Ｓ側エンジンは、照明光学系２１０、液晶ライトバルブ２２０ａ〜２２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム２３０、１／２波長板２６０、及び１／２波長板２６０を回転させる回転手段（図示略）からなっている。前記回転手段はいずれも、第１実施形態と同様のものである。
【００４７】
また、Ｐ側エンジン、Ｓ側エンジンのそれぞれと電気的に接続された信号源が設けられている。信号源は、第１実施形態と同様のものである（図２参照）。なお、Ｐ側エンジンとＳ側エンジンとで共通の信号源を用いる構成や、Ｐ側エンジンとＳ側エンジンとで独立した信号源を用いる構成、あるいは信号源の一部のみを共通とする構成等を採用することができる。
【００４８】
前記Ｐ側エンジンは、第１実施形態と同様の構成となっている。すなわち、光供給手段１１０は、白色光を複数の波長帯域光に分離し、赤色光Ｌ１ａ、緑色光Ｌ１ｂ、青色光Ｌ１ｃを互いに独立して供給するようになっている。複数種の色光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの各々は、対応する液晶ライトバルブ１２０ａ〜１２０ｃに入射し、変調される。変調された光は、ダイクロイックプリズム１３０によって合成されて合成光となる。合成光は、偏光方向を揃えられてＰ偏光となり、その偏光状態が１／２波長板１６０によって変化して偏光ビームスプリッタ４０に入射する。入射した光は、その偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０で分離され、分離された透過光が投射レンズ５０によって投射される。このようにＰ側エンジンから投射される光の光量を調整することが可能になっている。
【００４９】
前記Ｓ側エンジンは、Ｐ側エンジンと同様の構成となっているが、クロスダイクロイックプリズム２３０から射出された合成光ＬがＳ偏光となって、１／２波長板２６０に入射する点で異なる。１／２波長板２６０に入射した光は、偏光状態が変化して偏光ビームスプリッタ４０に入射し、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０で分離され、分離された反射光が投射レンズ５０によって投射される。このようにＳ側エンジンから投射される光の光量を調整することが可能になっている。
【００５０】
以上のような第２実施形態のプロジェクタ２においては、Ｐ側エンジンから射出される光とＳ側エンジンから射出される光とをともに調光することが可能になっている。また、Ｐ側エンジンから偏光ビームスプリッタ４０に入射して分離された透過光と、Ｓ側エンジンから偏光ビームスプリッタに入射して分離された反射光とが、偏光ビームスプリッタ４０によって合成され、合成光が投射されるようになっている。
【００５１】
例えば、Ｐ側エンジンによる画像全体とＳ側エンジンによる画像全体とが重なり合うように投射すれば輝度の最大値が高くなり、しかも調光によって輝度の最小値が低くなるので、ダイナミックレンジが格段に広くなる。また、例えばＰ側エンジンによる画像とＳ側エンジンによる画像とが並ぶように投射すれば、画素数が多くなるので高解像度となる。以上のように、前記の構成によれば格段に高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００５２】
なお、第２実施形態のプロジェクタ２は、第１のグループと第２のグループとで独立した照明光学系を備えているが、共通の照明光学系を採用することもできる。例えば、１つの光源からの光源光をフライアイレンズアレイで均一化した後、偏光ビームスプリッタ等でＰ偏光とＳ偏光とに分離し、Ｐ偏光を第１のグループの液晶ライトバルブに供給し、Ｓ偏光を第２のグループの液晶ライトバルブに供給するようにしてもよい。この場合には、偏光変換素子が不要となる。
【００５３】
また、Ｐ側エンジン（第１のグループ）では１／２波長板１６０にＰ偏光が入射し、Ｓ側エンジン（第２のグループ）では１／２波長板２６０にＳ偏光が入射するようになっているが、いずれのグループにおいても１／２波長板に同じ偏光方向の偏光を入射させる構成としてもよい。例えば、第１のグループ、第２グループのいずれにおいても１／２波長板にＰ偏光を入射させ、第２グループにおける１／２波長板の回転角を第１グループと４５度ずらすようにすればよい。また、Ｓ偏光を用いる場合には、第１グループにおける１／２波長板の回転角を第１グループと４５度ずらすようにすればよい。このようにすれば、第１のグループと第２のグループとで構成が同じになるので、プロジェクタの製造効率を高めることができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプを用いた例を示したが、ＬＥＤやレーザ等の固体光源を使用しても良い。固体光源であれば、各色光を射出することが可能であるため、色分離手段は不要とすることもできる。
【００５５】
また、位相差板としては、その光学軸がクロスダイクロイックプリズムの光軸に対して傾斜していればよい。例えば、円板状の位相差板であって、その中心軸に直交する面に対して傾斜した光学軸を有しているものを用いてもよいし、前記第１実施形態と同様の位相差板を、その中心軸をクロスダイクロイックプリズムの光軸に対して傾斜させて配置してもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態では、液晶ライトバルブとして透過型のライトバルブを用いた例を示したが、反射型のライトバルブを用いることも可能である。その場合には、反射型のライトバルブを用いるのに適した光学系に適宜変更される。
さらに、上述の実施形態では、偏光ビームスプリッタとして、偏光ビームスプリッタプリズムを用いた例を示したが、ワイヤグリッド等の偏光ビームスプリッタをもいても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図２】位置調整を行う仕組みを示す説明図である。
【図３】第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２・・・プロジェクタ、１０、１１０、２１０・・・照明光学系、２０ａ〜２０ｃ、１２０ａ〜１２０ｃ、２２０ａ〜２２０ｃ・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、３０、１３０、２３０・・・クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、４０・・・偏光ビームスプリッタ（光分離手段、偏光分離手段）、５０・・・投射レンズ（投射手段）、６０・・・１／２波長板（位相差版）、８１・・・モータ、９０・・・信号源、９１、画像解析回路、９２・・・演算装置、９３・・・ゲイン調整回路、９４・・・モータ駆動回路、Ｌａ、Ｌ１ａ、Ｌ２ａ・・・赤色光（色光）、Ｌｂ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ・・・緑色光（色光）、Ｌｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃ・・・青色光（色光）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、展示会や学会、会議等のプレゼンテーションに、あるいはホームシアター等にプロジェクタ（投射型表示装置）がよく用いられている。このようなプロジェクタにあっては、直視型表示装置よりも大画面化が容易であり、投射画像の品質向上のためにダイナミックレンジを広くする技術が期待されている。
【０００３】
一般に、プロジェクタは、光源や光源光を変調する光変調手段（例えば液晶ライトバルブ）、変調後の光を投射する投射レンズ等を備えている。また、通常はフルカラー表示が可能になっており、白色光源にダイクロイックミラー等の色分離手段を組み合わせた照明系等によって、ＲＧＢ等の複数種の色光を供給するようになっている。光変調手段は色光ごとに設けられており、各光変調手段に変調された光をクロスダイクロイックプリズム等の色合成手段によって合成し、この合成光を投射することによりフルカラー表示の投射画像が得られるようになっている。
【０００４】
プロジェクタは、直視型表示装置よりも光源光の光量が格段に大きくなっている。このような光源にあっては、光源光を安定に供給する観点から、電圧変化によって光源を制御し光量を調整することは好ましくないと考えられる。そこで、光源とは別に光量を調整する調光手段を設けることにより、ダイナミックレンジを広くする技術が提案されている（例えば特許文献１、２）。
【０００５】
特許文献１の技術では、光強度を均一化するフライアイインテグレータを構成する２つのレンズの間に、ここを通る光の一部を遮光する遮光板を配置している。光の進行方向に対する遮光板の傾きを変化させることにより、光の進行方向に直交する断面での遮光板の投影面積が変化し、遮光する光量が変化する。すなわち、遮光板の傾きによって、フライアイインテクレータから射出される光の光量を制御することが可能になっている。
【０００６】
特許文献１の技術を用いる場合には、遮光板の面に平行な軸周りに遮光板を回転させるので慣性モーメントが大きくなり、遮光板の傾きを高速に制御することが困難である。また、遮光板の運動に伴って風きり音（騒音）を生じるおそれや、光の一部を遮光するので光強度を均一化する機能が低下して明るさのムラを生じるおそれもある。
【０００７】
特許文献２の技術では、光源と液晶ライトバルブとの間に、光の進行方向と平行な軸を中心に回転する円板状の位相差板を配置している。光源からの光は、位相差板の回転角に応じて偏光軸が回転する。偏光軸が回転した光は、その回転角に応じて液晶ライトバルブの偏光板に吸収される。すなわち、位相差板の回転角によって、液晶ライトバルブから射出される光の光量を制御することが可能になっている。
【０００８】
特許文献２の技術を用いると、位相差板の面に直交する軸を中心に回転させるので、特許文献１よりも慣性モーメントが小さくなり、調光を高速に行うことができる。また、風きり音や明るさムラを生じることも防止されると考えられる。
【特許文献１】特開２００４−６９９６６号公報
【特許文献２】特開２００１−１００６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２の技術を用いる場合でも、以下のような不都合を生じることがある。特許文献２の技術において、位相差板を通った光は、その偏光方向が変化してダイクロイックミラーに入射する。ダイクロイックミラーは、白色光を色光に分離するものであるから波長に対して感度が高くなっており、その光学特性が入射光の偏光状態に応じて変化することがある。すると、所望のカラーバランスに色光が分離されなくなり、色光が変調され合成された後、投射されると投射画像のカラーバランスが所望のものと異なってしまう。
【００１０】
また、分離された色光は、その偏光状態に応じて液晶ライトバルブの偏光板に吸収されるので、射出される光の光量を小さくするほど偏光板はエネルギーを吸収して発熱する。したがって、調光するにつれて偏光板が熱劣化してしまい、プロジェクタが短寿命化してしまう。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、良好に調光可能とされたプロジェクタを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のプロジェクタは、波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系と、各々が前記複数種の色光の各々に対応して設けられ、該色光を変調する複数の光変調手段と、前記複数の光変調手段の各々によって変調された色光を合成する色合成手段と、前記色合成手段から射出された光の光束を遮って配置され、前記色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板と、前記位相差板をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、前記位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタによって分離された光のうちの一方を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
回転手段によって位相差板を回転させると、色合成手段から射出された光の位相差板に対する入射面と位相差板の光学軸とがなす角度が、位相差板の回転角に応じて変化する。すると、位相差板に入射した光は、入射面と位相差板の光学軸とがなす角度に応じて偏光状態が変化し、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタによって分離される。分離された光のうち一方が投射手段によって投射されるので、位相差板の回転角を制御することにより投射される光の光量を制御することができる。
なお、ここで言う色合成手段の光軸とは、色合成手段から偏光ビームスプリッタに向けて射出される光束の中心軸のことである。また、色合成手段の光軸と位相差板の光学軸とがなす角度αは、前記光軸と平行な単位ベクトルと前記光学軸に平行な単位ベクトルの内積ｃｏｓαから求められる。色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸とは、色合成手段の光軸に対して（−１＜ｃｏｓα＜１）を満たす角度αをなす光学軸のことである。
【００１４】
位相差板をその面方向に略直交する軸回りに回転させると、面方向に沿う軸回りに回転させる場合よりも、慣性モーメントが小さくなる。したがって、面方向に沿う軸回りに回転させる場合よりも、位相差板の回転角の制御が容易化されるとともに高速化され、光量を良好に制御することができる。よって、ダイナミックレンジが広くなり、高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００１５】
偏光ビームスプリッタは、位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離するので、入射光をほとんど吸収しない。したがって、吸収又は透過によって入射光を分離する偏光板を用いる場合に比べ吸収した光エネルギーによる熱劣化が格段に低減される。よって、調光に偏光板を用いたものよりもプロジェクタの長寿命化が図られる。
【００１６】
また、前記色合成手段の光軸と前記位相差板の光学軸とがなす角度が、略９０°になっていることが好ましい。
このようにすれば、色合成手段から射出された光の位相差板における反射率が最も低くなるので、光の利用効率が高くなる。
【００１７】
また、前記複数の光変調手段と前記色合成手段と前記位相差板と前記回転手段とからなるグループを複数備えていることが好ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタによって、第１のグループ側から投射手段に入射する光の光量を調整することができ、かつ第２のグループ側から投射手段に入射する光の光量を調整することもできる。したがって、第１のグループ側及び第２のグループ側の各々においてダイナミックレンジを広くすることができる。
【００１８】
また、第１のグループ側から偏光ビームスプリッタに入射して分離された光の一方と、第２のグループ側から偏光ビームスプリッタに入射して分離された光の一方とが、投射手段によって投射されるので、投射画像を高品質にすることができる。例えば、第１のグループ側による画像全体と第２のグループによる画像全体とが重なり合うように投射すれば輝度の最大値が高くなり、しかも調光により最小値が低くなるので、ダイナミックレンジが格段に広くなる。また、例えば第１のグループによる画像と第２のグループによる画像とが並ぶように投射すれば、画素数が多くなるので高解像度となる。以上のように、前記の構成によれば格段に高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００１９】
また、偏光ビームスプリッタは、調光手段の一部として機能するとともに、第１のグループから射出された光と第２のグループから射出された光とを合成する手段としても機能する。したがって、これらの機能を独立した部品に分担させる場合よりも、プロジェクタの構成の簡略化が図られる。
【００２０】
前記回転手段が、前記複数の光変調手段に供給される画像信号に基づいて制御されていることが好ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタによって分離される光の光量が画像信号に基づいて制御される。したがって、投射画像を画像信号に適した明るさにすることが可能になり、良好な投射画像が得られるプロジェクタになる。
【００２１】
前記位相差板が、前記色合成手段と前記投射手段との間の前記色合成手段から射出される光束の断面全体を遮って設けられていることが好ましい。
このようにすれば、光束の断面において均一に光の偏光状態を制御することができ、光束の断面の一部のみを遮っている場合に比べて、射出される光の明るさムラを無くすことができる。
【００２２】
前記照明光学系が、光源と、前記光源から射出された光のうち所定の波長帯域の色光を分離し、前記複数種の色光を形成する色分離手段を有している構成としてもよい。
ダイクロイックミラー等の色分離手段の光学特性は、光の波長に対して高感度になっている。例えば、色分離手段の前段において光の偏光状態を変化させて調光すると、波長帯域光を分離する分離能が変化するおそれがある。
本発明では位相差板が色分離手段よりも後段に配置されているので、位相差板が色分離手段の分離能に影響を与えることがなくなり、色分離手段によって所望の波長帯域光を分離することができる。また、偏光ビームスプリッタは、光学特性の波長依存性が色分離手段よりも格段に低いので、入射光のカラーバランスを変化させることなくこれを分離することができる。以上のように、所望のカラーバランスの光を投射することができので、高品質の投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００２３】
また、前記位相差板が円板状になっており、前記回転手段は前記位相差板をその中心軸回りに回転させるようになっていることが好ましい。
このようにすれば、円板状の中心軸回りの慣性モーメントは他の軸回りの慣性モーメントよりも小さいので、小さなトルクで位相差板を回転させることができる。したがって、回転手段の機構の簡略化や、位相差板の制御の高速化・高精度化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。
【００２５】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のプロジェクタ１の概略構成を示す模式図である。プロジェクタ１は、本発明を３板式の液晶ライトバルブ型プロジェクタに適用した例である。図１に示すように、プロジェクタ１は、照明光学系１０、液晶ライトバルブ（光変調手段）２０ａ〜２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）３０、偏光ビームスプリッタ４０、投射レンズ（投射手段）５０、１／２波長板（位相差板）６０を備えている。位相差板６０には、回転手段（後述する）が設けられている。
【００２６】
本実施形態の照明光学系１０は、光源１１、光源１１の後段に順に配置されたフライアイレンズアレイ１２、偏光変換素子１３、ダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂ等から構成されている。光源１１は、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプ１１ａと、白色ランプ１１ａの光を反射させて前方に射出するリフレクタ１１ｂとから構成されている。
【００２７】
フライアイレンズアレイ１２は、光源１１から射出された光の光強度の分布を均一化するものである。これにより、被照明領域である液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃにおいて照度分布が均一化される。
偏光変換素子１３は、その詳細な構造を図示しないものの、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）及び１／２波長板アレイを有している。フライアイレンズアレイ１２からＰＢＳアレイに入射した光のうち、所定の偏光方向の偏光がＰＢＳアレイ内の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）を透過するとともに、それ以外の偏光方向の偏光がＰＢＳアレイ内のＰＢＳ膜で反射する。反射した偏光は、１／２波長板アレイによって偏光方向が前記所定の偏光方向に変化して射出される。このように偏光変換素子１３は、光源光の光量を損なうことなく光源光の偏光方向を一方向に揃えるようになっている。
【００２８】
ダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂは、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものである。これにより、所定の波長帯域の色光が選択的に反射し、それ以外の波長帯域の色光が透過するようになっている。例えば、光源１１から射出された光源光のうち、赤色光Ｌａがダイクロイックミラー１４ａを透過するとともに、緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃがダイクロイックミラー１４ａで反射する。また、ダイクロイックミラー１４ａで反射した緑色光Ｌｂ及び青色光Ｌｃのうち、青色光Ｌｃがダイクロイックミラー１４ｂを透過し、緑色光Ｌｂがダイクロイックミラー１４ｂで反射する。
【００２９】
ダイクロイックミラー１４ａを透過した赤色光Ｌａは、反射ミラー１５ａで反射し平行化レンズ１８ａを経て赤色光用の液晶ライトバルブ２０ａに入射する。ダイクロイックミラー１４ａで反射した緑色光Ｌｂは、平行化レンズ１８ｂを経て緑色光用の液晶ライトバルブ２０ｂに入射する。ダイクロイックミラー１４ｂを透過した青色光Ｌｃは、リレー光学系１７を経て青色光用の液晶ライトバルブ２０ｃに入射する。リレー系１７は、ダイクロイックミラー１４ｂ側から順に配置されたリレーレンズ１６ａ、反射ミラー１５ｂ、リレーレンズ１６ｂ、反射ミラー１５ｃ、リレーレンズ１６ｃ等からなっている。リレーレンズ１６ｃは、平行化レンズとしても機能する。
【００３０】
液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃの各々は、透過型液晶セル２２と、その入射側・射出側にそれぞれ設けられた偏光板２１、２３とから構成されている。透過型液晶セル２２は、例えばアクティブマトリクス型のものであり一対の電極間に挟持された液晶層を有している。また、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃは、画像信号を供給する信号源（後述する）に電気的に接続されている。信号源から画像信号が供給されると、前記電極間に電圧が印加され、この印加電圧に応じて液晶分子の方位角が制御される。これにより、光を変調することが可能になっている。各液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃで変調された赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、クロスダイクロイックプリズム３０に入射するようになっている。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム３０は、三角柱プリズムが貼り合わされた構造となっており、その内面に赤色光Ｌａが反射し緑色光Ｌｂが透過するミラー面と、青色光Ｌｂが反射し緑色光が透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、これらのミラー面で選択的に反射あるいは透過して同じ側に射出される。これにより、３つの色光が重ね合わされて合成光Ｌとなる。
【００３２】
なお、複数の液晶ライトバルブの各々に入射する色光の偏光方向を揃える場合と、異ならせる場合とがある。互いに偏光方向を異ならせると、色光の減衰特性等を改善すること等ができる。このような理由により本実施形態では、液晶ライトバルブ２０ｂから射出された緑色光Ｌｂが偏光ビームスプリッタ４０の入射面に対してＰ偏光になっており、液晶ライトバルブ２０ａ、２０ｃの各々から射出された赤色光Ｌａ、青色光ＬｃがＳ偏光になっている。このような場合には、複数の光変調手段の各々から射出された色光の偏光方向を揃える必要がある。ここでは、クロスダイクロイックプリズム３０と偏光ビームスプリッタ４０との間に、偏光調整手段３５が設けられている。なお、以下の説明で、偏光ビームスプリッタ４０の入射面に対するＰ偏光、Ｓ偏光を単にＰ偏光、Ｓ偏光と称する場合がある。
【００３３】
偏光調整手段３５は、その詳細な構造を図示しないものの、狭帯域偏光回転フィルムと１／２波長板とから構成されている。狭帯域偏光回転フィルムは、これに入射した光のうち、所定の波長帯域光の偏光方向を回転させるものである。ここでは、緑色光Ｌｂに対応する波長帯域光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変化させるようになっている。これにより、赤色光Ｌａ、緑色光Ｌｂ、青色光Ｌｃは、いずれもＳ偏光になって１／２波長板に入射し、いずれもＰ偏光になって１／２波長板から射出される。
【００３４】
本実施形態では、位相差板として円板状の１／２波長板６０を採用している。１／２波長板６０は、その円形の面に沿う方向の光学軸を有しており、この面が色合成手段の光軸と直交するように配置されている。この面は、色合成手段から射出される光束の断面よりも大きくなっており、この断面全体を遮るようになっている。本実施形態の回転手段は、１／２波長板６０を支持する支持部材と、１／２波長板６０を回転させるステッピングモータ等のモータとからなっている。この支持部材は、色合成手段から射出される光束の外側に張り出した周縁部において１／２波長板６０を支持しており、この光束を遮らないようになっている。また、１／２波長板６０の面方向に直交する方向の併進運動を規制するとともに、１／２波長板６０の面方向と直交する軸周りの回転運動を妨げないようになっている。前記モータは、ステッピングモータ等から構成されており、その回転角がモータ駆動回路（後述する）によって制御可能になっている。このモータは、１／２波長板６０をその中心軸周りに所定角度だけ回転させることができるようになっている。中心軸とは、円形の面の中心を通りこの面に直交する軸のことである。
【００３５】
このような１／２波長板６０に入射した光は、その偏光軸と１／２波長板６０の光学軸とがなす角度をθ（度）とすると、偏光軸が２θ（度）回転して１／２波長板６０から射出される。例えば、Ｐ偏光がθ＝０°の状態で１／２波長板６０に入射すると、偏光軸が回転することなくＰ偏光のまま射出される。また、Ｐ偏光がθ＝４５°の状態で１／２波長板６０に入射すると、偏光軸が９０°回転してＳ偏光となり射出される。前記のように１／２波長板６０の回転角はモータ駆動回路によって制御可能になっているので、１／２波長板６０から射出される光の偏光方向も制御可能になっている。１／２波長板６０から射出された光は、偏光ビームスプリッタ４０に入射するようになっている。
【００３６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ４０として偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）を用いている。偏光ビームスプリッタ４０は、第１方向に振動する第１偏光（例えばＰ偏光）を略全透過させるとともに、これと異なる第２方向の偏光（例えばＳ偏光）を略全反射させるようになっている。すなわち、Ｐ偏光が、１／２波長板６０に入射しその偏光方向が２θ（度）だけ回転した後、偏光ビームスプリッタ４０に入射すると、１／２波長板６０に入射する前のｃｏｓ２θ倍程度のＰ偏光が偏光ビームスプリッタ４０を透過する。ここでは、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光Ｌｄが投射レンズ５０に入射し、投射レンズ５０によってスクリーン（被投射面）７０に拡大投射されるようになっている。また、１／２波長板６０に入射する前のｓｉｎ２θ倍程度のＳ偏光が、偏光ビームスプリッタ４０で反射する。反射した光Ｌｅは、図示略の光吸収体等に吸収されこれに設けられた放熱板等から熱エネルギーとして散逸される。投射される光Ｌｄは、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光の振幅に応じた光量になっている。理論上は、θ＝０°の場合には光量が１００％となり、θ＝４５°の場合には光量が０％となる。このように、１／２波長板の回転角によって、投射画像を示す光の光量を制御することが可能になっている。
【００３７】
次に、図２を参照しつつ、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃに画像信号を供給する信号源、及び１／２波長板６０を回転させる回転手段について説明する。図２は、信号源及び回転手段の概略構成を示す模式図である。図２に示すように、信号源９０は、画像解析回路９１、演算装置９２、ゲイン調整回路９３、及びモータ駆動回路９４を有している。モータ駆動回路９４は、モータ８１と電気的に接続されている。
【００３８】
画像解析回路９１は、外部から入力された画像信号を解析して、明るさの調整量を判定するようになっている。画像信号は、ＰＣ等で生成されたデジタル形式のものやアナログ形式のものをＡ／Ｄコンバータ等でデジタル形式に変換したもの等である。例えば、対象となるフレームに含まれる画素データに基づいて、明るさの基準値を決定し、これに投射画像における最大の明るさに合わせるように調整量を決定する。明るさの基準値の決定方法としては、例えば対象となるフレームに含まれている画素データのうち、明るさが最大の階調数を基準とする方法や、階調数ごとの出現数分布において代表値（例えば最大値、最小値等）の階調数から一定の割合の出現数（例えば９０％）を含む範囲を設定しその端の値を基準とする方法、さらに画像を複数の領域に分割し所定の領域に重み付けをして階調数ごとの出現数分布を評価する方法等が挙げられる。
【００３９】
このようにして決定された明るさの調整量は、演算装置９２によって適宜処理されてゲイン調整回路９３に伝達される。ゲイン調整回路９３は、この調整量に基づいて伸長処理やエッジ強調処理、ノイズフィルタ処理等の各種画像処理を行って、画像信号を加工するようになっている。加工された画像信号は、液晶ライトバルブ２０ａ〜２０ｃに供給される。
【００４０】
また、この明るさの調整量は、演算装置９２によって適宜処理された後にモータ駆動回路９４にも伝達される。モータ駆動回路９４は、明るさの調整量から算出される量だけモータ８０を駆動し、モータ８０が１／２波長板６０をその中心軸周りに所定角度だけ回転させるようになっている。円板における中心軸周りの慣性モーメントは、他の軸周りよりも小さいので、小さなトルクで１／２波長板６０の回転角を制御することができる。これにより、モータ８０の機構の簡略化や回転角の制御の高速化が図られる。また、１／２波長板６０の回転によって、雰囲気ガス（例えば空気）等がほとんど流動しないので、風きり音等の騒音を生じることがない。
【００４１】
演算装置９２は、例えばＣＰＵ等であり、画像解析回路９１やゲイン調整回路９３、モータ駆動回路９３を機能させる上で必要となる演算を行うようになっている。これらの回路は、必要に応じてデータを演算装置９２に送り、演算装置９２から演算結果を受け取るようになっている。
【００４２】
第１実施形態のプロジェクタ１にあっては、クロスダイクロイックプリズム３０によって合成された光の偏光状態を１／２波長板６０の回転角に応じて変化させることが可能になっている。そして、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０によって分離することによって、調光することが可能になっている。したがって、光源１１とダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂとの間に調光手段が不要となり、この調光手段によってダイクロイックミラー１４ａ、１４ｂの分解能が正常に機能しなくなることが防止される。よって、所定の波長帯域の色光を変調し合成した後、調光し投射することができ、高品質な投射画像が得られるプロジェクタ１となっている。
【００４３】
また、１／２波長板６０によって偏光状態が変化された光は、偏光ビームスプリッタ４０にほとんど吸収されないので、光を吸収する偏光板によって光を分離し調光する調光手段に比べ光の吸収による偏光ビームスプリッタ４０の熱劣化がなくなる。したがって、偏光板を用いた調光手段を備えたものよりも、長寿命のプロジェクタ１となっている。
【００４４】
なお、第１実施形態では、偏光ビームスプリッタ４０を透過した光を投射しているが、偏光ビームスプリッタ４０で反射した光を投射させる構成を採用してもよい。例えば、Ｓ偏光を射出する偏光変換素子、あるいはＳ偏光を射出する偏光調整素子等を採用し、液晶ライトバルブから１／２波長板６０に入射する光をＳ偏光に揃えておく。これにより、偏光ビームスプリッタ４０で反射した光の光量は、Ｐ偏光に揃えておいた場合に偏光ビームスプリッタ４０を透過する光の光量（前記所望の光量）と同程度になる。
また、液晶ライトバルブから１／２波長板６０に入射する光をＰ偏光に揃えておき、１／２波長板６０の回転角を前記第１実施形態の場合と４５度ずらすことによっても、反射側において所望の光量とすることができる。
このように反射光を所望の光量とし、これを投射するように反射側に投射レンズを配置すればよい。
また、位相差板６０としては、１／２波長板の他にも１／４波長板やその他の位相差を付与するものであってもよいし、これらを複数枚数用いたものであってもよい。
【００４５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態のプロジェクタについて説明する。本実施形態のプロジェクタが前記第１実施形態と異なる点は、６板式の液晶ライトバルブ型プロジェクタとなっている点である。
【００４６】
図３は、第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を示す模式図である。プロジェクタ２は、Ｐ側エンジン（第１のグループ）とＳ側エンジン（第２のグループ）とを備えている。図３に示すように、Ｐ側エンジンは照明光学系１１０、液晶ライトバルブ１２０ａ〜１２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム１３０、１／２波長板１６０、及び１／２波長板１６０を回転させる回転手段（図示略）からなっている。Ｓ側エンジンは、照明光学系２１０、液晶ライトバルブ２２０ａ〜２２０ｃ、クロスダイクロイックプリズム２３０、１／２波長板２６０、及び１／２波長板２６０を回転させる回転手段（図示略）からなっている。前記回転手段はいずれも、第１実施形態と同様のものである。
【００４７】
また、Ｐ側エンジン、Ｓ側エンジンのそれぞれと電気的に接続された信号源が設けられている。信号源は、第１実施形態と同様のものである（図２参照）。なお、Ｐ側エンジンとＳ側エンジンとで共通の信号源を用いる構成や、Ｐ側エンジンとＳ側エンジンとで独立した信号源を用いる構成、あるいは信号源の一部のみを共通とする構成等を採用することができる。
【００４８】
前記Ｐ側エンジンは、第１実施形態と同様の構成となっている。すなわち、光供給手段１１０は、白色光を複数の波長帯域光に分離し、赤色光Ｌ１ａ、緑色光Ｌ１ｂ、青色光Ｌ１ｃを互いに独立して供給するようになっている。複数種の色光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの各々は、対応する液晶ライトバルブ１２０ａ〜１２０ｃに入射し、変調される。変調された光は、ダイクロイックプリズム１３０によって合成されて合成光となる。合成光は、偏光方向を揃えられてＰ偏光となり、その偏光状態が１／２波長板１６０によって変化して偏光ビームスプリッタ４０に入射する。入射した光は、その偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０で分離され、分離された透過光が投射レンズ５０によって投射される。このようにＰ側エンジンから投射される光の光量を調整することが可能になっている。
【００４９】
前記Ｓ側エンジンは、Ｐ側エンジンと同様の構成となっているが、クロスダイクロイックプリズム２３０から射出された合成光ＬがＳ偏光となって、１／２波長板２６０に入射する点で異なる。１／２波長板２６０に入射した光は、偏光状態が変化して偏光ビームスプリッタ４０に入射し、変化後の偏光状態に応じて偏光ビームスプリッタ４０で分離され、分離された反射光が投射レンズ５０によって投射される。このようにＳ側エンジンから投射される光の光量を調整することが可能になっている。
【００５０】
以上のような第２実施形態のプロジェクタ２においては、Ｐ側エンジンから射出される光とＳ側エンジンから射出される光とをともに調光することが可能になっている。また、Ｐ側エンジンから偏光ビームスプリッタ４０に入射して分離された透過光と、Ｓ側エンジンから偏光ビームスプリッタに入射して分離された反射光とが、偏光ビームスプリッタ４０によって合成され、合成光が投射されるようになっている。
【００５１】
例えば、Ｐ側エンジンによる画像全体とＳ側エンジンによる画像全体とが重なり合うように投射すれば輝度の最大値が高くなり、しかも調光によって輝度の最小値が低くなるので、ダイナミックレンジが格段に広くなる。また、例えばＰ側エンジンによる画像とＳ側エンジンによる画像とが並ぶように投射すれば、画素数が多くなるので高解像度となる。以上のように、前記の構成によれば格段に高品質な投射画像が得られるプロジェクタとなる。
【００５２】
なお、第２実施形態のプロジェクタ２は、第１のグループと第２のグループとで独立した照明光学系を備えているが、共通の照明光学系を採用することもできる。例えば、１つの光源からの光源光をフライアイレンズアレイで均一化した後、偏光ビームスプリッタ等でＰ偏光とＳ偏光とに分離し、Ｐ偏光を第１のグループの液晶ライトバルブに供給し、Ｓ偏光を第２のグループの液晶ライトバルブに供給するようにしてもよい。この場合には、偏光変換素子が不要となる。
【００５３】
また、Ｐ側エンジン（第１のグループ）では１／２波長板１６０にＰ偏光が入射し、Ｓ側エンジン（第２のグループ）では１／２波長板２６０にＳ偏光が入射するようになっているが、いずれのグループにおいても１／２波長板に同じ偏光方向の偏光を入射させる構成としてもよい。例えば、第１のグループ、第２グループのいずれにおいても１／２波長板にＰ偏光を入射させ、第２グループにおける１／２波長板の回転角を第１グループと４５度ずらすようにすればよい。また、Ｓ偏光を用いる場合には、第１グループにおける１／２波長板の回転角を第１グループと４５度ずらすようにすればよい。このようにすれば、第１のグループと第２のグループとで構成が同じになるので、プロジェクタの製造効率を高めることができる。
【００５４】
なお、上述の実施形態では、光源として、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の白色ランプを用いた例を示したが、ＬＥＤやレーザ等の固体光源を使用しても良い。固体光源であれば、各色光を射出することが可能であるため、色分離手段は不要とすることもできる。
【００５５】
また、位相差板としては、その光学軸がクロスダイクロイックプリズムの光軸に対して傾斜していればよい。例えば、円板状の位相差板であって、その中心軸に直交する面に対して傾斜した光学軸を有しているものを用いてもよいし、前記第１実施形態と同様の位相差板を、その中心軸をクロスダイクロイックプリズムの光軸に対して傾斜させて配置してもよい。
【００５６】
また、上述の実施形態では、液晶ライトバルブとして透過型のライトバルブを用いた例を示したが、反射型のライトバルブを用いることも可能である。その場合には、反射型のライトバルブを用いるのに適した光学系に適宜変更される。
さらに、上述の実施形態では、偏光ビームスプリッタとして、偏光ビームスプリッタプリズムを用いた例を示したが、ワイヤグリッド等の偏光ビームスプリッタをもいても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態のプロジェクタの概略構成を示す模式図である。
【図２】位置調整を行う仕組みを示す説明図である。
【図３】第２実施形態のプロジェクタ２の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２・・・プロジェクタ、１０、１１０、２１０・・・照明光学系、２０ａ〜２０ｃ、１２０ａ〜１２０ｃ、２２０ａ〜２２０ｃ・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、３０、１３０、２３０・・・クロスダイクロイックプリズム（色合成手段）、４０・・・偏光ビームスプリッタ（光分離手段、偏光分離手段）、５０・・・投射レンズ（投射手段）、６０・・・１／２波長板（位相差版）、８１・・・モータ、９０・・・信号源、９１、画像解析回路、９２・・・演算装置、９３・・・ゲイン調整回路、９４・・・モータ駆動回路、Ｌａ、Ｌ１ａ、Ｌ２ａ・・・赤色光（色光）、Ｌｂ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ・・・緑色光（色光）、Ｌｃ、Ｌ１ｃ、Ｌ２ｃ・・・青色光（色光）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系と、
各々が前記複数種の色光の各々に対応して設けられ、該色光を変調する複数の光変調手段と、
前記複数の光変調手段の各々によって変調された色光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段から射出された光の光束を遮って配置され、前記色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板と、
前記位相差板をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、
前記位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された光のうちの一方を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記色合成手段の光軸と前記位相差板の光学軸とがなす角度が、略９０°になっていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記複数の光変調手段と前記色合成手段と前記位相差板と前記回転手段とを有するグループを複数備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記回転手段が、前記複数の光変調手段に供給される画像信号に基づいて制御されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記位相差板が、前記色合成手段と前記投射手段との間の前記色合成手段から射出される光束の断面全体を遮って設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記照明光学系が、光源と、前記光源から射出された光のうち所定の波長帯域の色光を分離し、前記複数種の色光を形成する色分離手段を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ
【請求項７】
前記位相差板が円板状になっており、前記回転手段は前記位相差板をその中心軸回りに回転させるようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１】
波長域が異なる複数種の色光を射出する照明光学系と、
各々が前記複数種の色光の各々に対応して設けられ、該色光を変調する複数の光変調手段と、
前記複数の光変調手段の各々によって変調された色光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段から射出された光の光束を遮って配置され、前記色合成手段の光軸に対して傾斜した光学軸を有する位相差板と、
前記位相差板をその面方向と略直交する軸回りに回転させる回転手段と、
前記位相差板から射出された光をその偏光状態に応じて反射又は透過させて分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタによって分離された光のうちの一方を投射する投射手段と、を備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記色合成手段の光軸と前記位相差板の光学軸とがなす角度が、略９０°になっていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記複数の光変調手段と前記色合成手段と前記位相差板と前記回転手段とを有するグループを複数備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記回転手段が、前記複数の光変調手段に供給される画像信号に基づいて制御されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記位相差板が、前記色合成手段と前記投射手段との間の前記色合成手段から射出される光束の断面全体を遮って設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記照明光学系が、光源と、前記光源から射出された光のうち所定の波長帯域の色光を分離し、前記複数種の色光を形成する色分離手段を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のプロジェクタ
【請求項７】
前記位相差板が円板状になっており、前記回転手段は前記位相差板をその中心軸回りに回転させるようになっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２３７０９１（Ｐ２００９−２３７０９１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８１０６８（Ｐ２００８−８１０６８）
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２６日（２００８．３．２６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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