JP2016099494A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも明るい映像を投写可能で小型な投写型表示装置を提供すること。
【解決手段】投写型表示装置１００は、レーザー光源１１０と、画像信号に基づいて入射光を変調可能な液晶ライトバルブ１３０と、レーザー光源１１０と液晶ライトバルブ１３０との間に配置され、レーザー光源１１０から射出される偏光の光束を拡大し、光軸と略平行な状態として液晶ライトバルブ１３０に入射させるレンズ群としてのビームエキスパンダー１２０と、液晶ライトバルブ１３０から射出される表示光を拡大して投写する投写光学系としての投写レンズ１８０と、を備え、液晶ライトバルブ１３０は、第１液晶パネルとしての液晶パネル１３１と、液晶パネル１３１と投写レンズ１８０との間に配置された偏光素子としての偏光板１３２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投写型表示装置に関する。

投写型表示装置として映像を拡大して投写するプロジェクターが挙げられる。オフィスなどの明るい環境下で用いられるプロジェクターは、光源として一般的に超高圧水銀灯やハロゲンランプなどが用いられている。一方で、最近では持ち運びが容易であって、電源供給を気にせずに投写が可能な例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザー素子を光源として用いた小型なプロジェクターが開発されている。

例えば、特許文献１には、時分割駆動により交番発光させた２つの光源からの互いに偏光軸が異なる直線偏光を同一の光軸の光束に合成する第１の光学素子と、時分割駆動に同期して移動させた２つの透過領域に、第１の光学素子から射出された直線偏光を入射させて、異なる直線偏光のうちの一方の直線偏光の偏光軸を変換して同一の直線偏光にして射出する第２の光学素子を備えた照明光学系を有する投写型映像表示装置が開示されている。２つの光源としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源を用いる例が挙げられている。特許文献１の投写型映像表示装置によれば、２つの光源を用い、エテンデューの増加を防止して投写映像の明るさを向上させることができるとしている。

また、例えば、特許文献２には、光源としての白色発光ダイオードから発せられるｐ偏光とｓ偏光とを含む光をいずれか一方の偏光に変換する偏光変換素子を備えたプロジェクターが開示されている。特許文献２のプロジェクターでは、入射する光を画像情報に応じて変調する光変調装置として液晶パネルを用いた例が挙げられている。特許文献２のプロジェクターによれば偏光変換時に照度むらが生じ難い偏光変換素子の構成となっているため、明るさのむらが低減された表示が可能であるとしている。

特開２００９−１１６１６５号公報 特開２０１３−１９０５４９号公報

上記特許文献１において、ＬＥＤ光源はｐ偏光とｓ偏光とを含むランダム偏光光源である。したがって、ｐ偏光を透過しｓ偏光を反射する偏光分離膜に対して互いの光軸が直交するように２つのＬＥＤ光源を配置すると、一方のＬＥＤ光源のｐ偏光と他方のＬＥＤ光源のｓ偏光とが表示に用いられる。言い換えれば、一方のＬＥＤ光源のｓ偏光と他方のＬＥＤ光源のｐ偏光とは表示に用いられない。つまり、２つのＬＥＤ光源から発する光を有効に活用しているとは言えない。一方で、レーザー光源を用いる場合は、一方のレーザー光源はｐ偏光を発し、他方のレーザー光源はｓ偏光を発するように構成すれば確かに光利用効率において無駄が生じないものの、２つの光源を用いることから投写型映像表示装置を小型化することが難しいという課題があった。

また、上記特許文献２のプロジェクターでは、白色発光ダイオードから発せられるｐ偏光とｓ偏光とを含むランダム偏光を偏光変換素子によってｐ偏光またはｓ偏光のいずれか一方に変換してから光変調装置である液晶パネルに入射させている。ところが、液晶パネルの光の入射側と射出側とに偏光板を配置していることから、光変調装置における偏光の透過率は５０％未満となる。すなわち、白色発光ダイオードから発せられた光を有効に活用することが難しいという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例］本適用例に係る投写型表示装置は、レーザー光源と、画像信号に基づいて入射光を変調可能な液晶ライトバルブと、前記レーザー光源と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記レーザー光源から射出される偏光の光束を拡大し、光軸と略平行な状態として前記液晶ライトバルブに入射させるレンズ群と、前記液晶ライトバルブから射出される表示光を拡大して投写する投写光学系と、を備え、前記液晶ライトバルブは、第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルと前記投写光学系との間に配置された偏光素子とを有することを特徴とする。

本適用例の構成によれば、レーザー光源からは偏光が得られるので、第１液晶パネルの光の入射側に偏光素子を配置しなくても、液晶ライトバルブとしての機能を発揮させることができる。ゆえに、レーザー光源から発する偏光を有効に利用して明るい映像の投写が可能で小型な投写型表示装置を実現できる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記レンズ群と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板を備えることが好ましい。
この構成によれば、レーザー光源から発した偏光はレンズ群を透過して屈折することにより、光軸と交差する面内の場所によって偏光方向がずれることがある。このような偏光の偏光状態を補償する位相板を備えることで偏光における偏光方向が略均一になるので、明るく且つコントラストが改善された映像が得られる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記位相板は、第２液晶パネルであって、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする。
この構成によれば、位相板として第２液晶パネルを用いれば、複数の画素に与える駆動電圧を制御することで、偏光状態のきめ細かな補償が可能となる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記位相板は、第２液晶パネルであって、前記レーザー光源と前記レンズ群との間に配置され、前記レーザー光源から射出される偏光の偏光状態を検出する偏光状態検出機構を備え、前記偏光状態検出機構により検出された前記偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることが好ましい。
この構成によれば、レーザー光源の偏光状態の変化（例えば偏光方向が一時的に変化するなど）に対応して、きめ細かな補償が可能となる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記レーザー光源の起動後の経過時間に応じて、前記偏光状態検出機構における前記偏光状態の検出タイミングを異ならせることが好ましい。
レーザー光源から発せられる偏光の偏光状態は、常に一定とは限らない。例えば、レーザー光源が起動してから偏光状態が変化することは結果的に映像の明るさが変動することに繋がる。この構成によれば、レーザー光源の起動後における時間的な偏光状態の変化に対応した補償が可能となる。つまり、映像における明るさの変動や明るさのむらを低減できる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記レーザー光源の起動初期段階では、前記偏光状態検出機構により第１の検出タイミングで前記偏光状態を検出し、前記起動初期段階を過ぎると前記第１の検出タイミングよりも長い周期の第２の検出タイミングで前記偏光状態を検出することが好ましい。
この構成によれば、レーザー光源の起動後における時間的な偏光状態の変化に対して、よりきめ細かな補償が可能となる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記位相板は、第２液晶パネルであって、前記投写光学系によって投写された映像の明るさを計測可能な計測機構を備え、前記計測機構により得られた前記映像の面内における相対的な明るさのむらを補償するように、前記第２液晶パネルが駆動されるとしてもよい。
この構成によれば、計測機構により実際に投写された映像の明るさを計測することができるので、映像の投写状態に応じた偏光状態の補償が可能となる。言い換えれば、過不足のない偏光状態の補償が可能となる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記位相板は、第２液晶パネルであって、駆動電圧が印加されていないときの配向状態がｎ＝２以上の回転対称であることを特徴とする。
この構成によれば、レーザー光源から発してレンズ群を透過したレーザー光（偏光）が、アジマス偏光やラジアル偏光である部分を含んでいても、位相板を駆動制御することでレーザー光（偏光）の偏光方向を揃えた状態に補償することができる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記レンズ群と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記レンズ群により屈折した偏光を直線偏光に変換する偏光変換素子を備えるとしてもよい。
この構成によれば、偏光変換素子によって偏光方向が揃った偏光を液晶ライトバルブに入射させることができる。加えて、レーザー光源を用いていることから、ＬＥＤ光源を用いる場合に比べて、色再現性に優れ、コントラストがよい映像を投写することができる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記液晶ライトバルブは、前記第１液晶パネルの光の入射側に配置された第２偏光素子と、前記第１液晶パネルの光の射出側に配置された第１偏光素子とを有するとしてもよい。
この構成によれば、液晶ライトバルブに入射する偏光の偏光軸を第２偏光素子によって均一に揃えることができるので、明るさは第２偏光素子が無い場合に比べて低下するもののよりコントラストが向上した映像を投写することができる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、赤、緑、青の３つの色光ごとに設けられた、前記レーザー光源と、前記レンズ群と、前記液晶ライトバルブとを少なくとも含む光学ユニットと、赤、緑、青の３つの前記光学ユニットのそれぞれから射出される表示光を合成する合成光学系と、を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、明るいカラーの映像を投写可能な投写型表示装置を提供することができる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、前記３つの色光ごとに設けられた前記光学ユニットのそれぞれは、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板としての第２液晶パネルを含み、赤、緑、青の前記レーザー光源のそれぞれの偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることが好ましい。
この構成によれば、明るく且つコントラストが改善されたカラーの映像を投写可能な投写型表示装置を提供することができる。

上記適用例に記載の投写型表示装置において、赤、緑、青の３つの色光ごとに設けられた前記レーザー光源と、前記レンズ群と、前記液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板としての第２液晶パネルとを含む光学ユニットを備え、赤、緑、青の前記レーザー光源は順番に点灯し、前記レーザー光源の点灯の順番に同期して、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする。
この構成によれば、明るく且つコントラストが改善されたカラーの映像を投写可能であって、より小型なフィールドシーケンシャル駆動方式の投写型表示装置を提供することができる。

第１実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 （ａ）及び（ｂ）はレンズ群の構成例を示す図。 （ａ）は第２実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図、（ｂ）は偏光変換素子の構造を示す概略図。 第３実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 （ａ）は位相板としての液晶パネルの構成を示す概略平面図、（ｂ）は位相板としての液晶パネルの要部の構造を示す概略断面図。 （ａ）及び（ｂ）は位相板としての液晶パネルの配向処理例を示す概略図。 （ａ）及び（ｂ）は位相板としての液晶パネルの他の配向処理例を示す概略平面図。 （ａ）及び（ｂ）は位相板を用いた偏光における偏光方向の制御例を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は位相板を用いた偏光における偏光方向の他の制御例を説明する図。 第４実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 レーザー光源の光強度と起動後の時間（秒）との関係を示すグラフ。 第５実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 第６実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 第７実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図。 変形例の位相板としての液晶パネルを示す概略平面図。 変形例の投写型表示装置の構成を示す概略図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。

本実施形態では、画像情報に基づいて入射光を変調する光変調手段として液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置について例を挙げて説明する。

（第１実施形態）
＜投写型表示装置＞
まず、第１実施形態の投写型表示装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は第１実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図、図２（ａ）及び（ｂ）はレンズ群の構成例を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の投写型表示装置１００は、光源から発する光を変調して表示光とする光学ユニット１０１と、光学ユニット１０１から射出された表示光を拡大する投写光学系としての投写レンズ１８０とを含んで構成されている。光学ユニット１０１は、光源としてのレーザー光源１１０と、レンズ群１２０と、液晶ライトバルブ１３０と、を有している。光学ユニット１０１におけるこれらの構成は、同一の光軸Ｌ₀上に配置されている。

液晶ライトバルブ１３０は、上述したように画像情報に基づいて入射光を変調して表示光として射出するものであり、液晶パネル１３１と、液晶パネル１３１の光の射出側に配置された偏光素子としての偏光板１３２とを有している。液晶ライトバルブ１３０から射出された表示光は、投写レンズ１８０によって拡大され、例えばスクリーン１０００などの被投写体に投写される。投写レンズ１８０は、表示光の拡大投写倍率を調整可能であることが望ましい。

レーザー光源１１０は、例えば固体レーザー、半導体レーザー、液体レーザー、ガスレーザーなどを用いることができる。入射光を変調する液晶パネル１３１の表示領域には複数の画素が配置されており、画素の大きさや画素数にもよるが表示領域はある程度の面積が必要である。レーザー光源１１０から発せられるレーザー光の光束（ビーム）をそのまま液晶ライトバルブ１３０に入射させても、液晶パネル１３１の表示領域に配置された複数の画素に同時に光束（ビーム）を入射させることは実際には難しい。液晶パネル１３１の表示領域を走査するようにレーザー光源１１０からレーザー光を発生させる方法も考えられるが、レーザー光の走査手段が必要となり、装置構成が複雑になる。

本実施形態では、レーザー光源１１０と、液晶ライトバルブ１３０との間に、レーザー光の光束（ビーム）を拡大させるレンズ群１２０が配置されている。具体的には、レンズ群１２０は、凹レンズ１２１と、凸レンズ１２２とを含んで構成されている。凹レンズ１２１は凹状のレンズ面と凹状のレンズ面に対向する平面とを有する。凹レンズ１２１は凹状のレンズ面がレーザー光源１１０に向くように配置される。凸レンズ１２２は、凸状のレンズ面と凸状のレンズ面に対向する平面とを有する。凸レンズ１２２は凸状のレンズ面が液晶ライトバルブ１３０に向くように配置される。このように凹レンズ１２１と凸レンズ１２２とを光軸Ｌ₀上に配置することにより、図２（ａ）に示すように、レーザー光源１１０から射出されたレーザー光の光束Ｌｆは、凹レンズ１２１で屈折して拡大され、さらに凸レンズ１２２で屈折して光軸Ｌ₀に対して略平行な状態として液晶ライトバルブ１３０に入射することになる。光束Ｌｆが液晶パネル１３１の表示領域に亘って入射可能な程度に拡大されるように、凹レンズ１２１及び凸レンズ１２２の光学的な条件（レンズ材料の屈折率、レンズの口径、レンズ面の形状、レンズ間距離）が設定される。凹レンズ１２１と凸レンズ１２２とを組み合わせてレーザー光の光束Ｌｆを拡大するレンズ群１２０の構成は、ガリレオ式と呼ばれている。

レーザー光源１１０から射出されるレーザー光の光束Ｌｆを拡大して、光軸Ｌ₀に略平行な状態にするレンズ群の構成は、ガリレオ式に限定されない。例えば、図２（ｂ）に示すように、２つの凸レンズ１２３，１２４を組み合わせるケプラー式のレンズ群１２５を採用してもよい。凸レンズ１２３，１２４は、凸状のレンズ面と凸状のレンズ面に対向する平面とを有する。凸レンズ１２３は凸状のレンズ面がレーザー光源１１０に向くように配置される。凸レンズ１２３よりも口径が大きな凸レンズ１２４は、凸状のレンズ面が液晶ライトバルブ１３０に向くように配置される。レーザー光源１１０から射出された光束Ｌｆは、凸レンズ１２３で屈折して拡大され、さらに凸レンズ１２４で屈折して光軸Ｌ₀に対して略平行な状態として液晶ライトバルブ１３０に入射することになる。レンズ群１２５もまた、光束Ｌｆが液晶パネル１３１の表示領域に亘って入射可能な程度に拡大されるように、凸レンズ１２３，１２４の光学的な条件（レンズ材料の屈折率、レンズの口径、レンズ面の形状、レンズ間距離）が設定される。

このように、レーザー光源１１０から発せられるレーザー光の光束Ｌｆを拡大し、且つ光軸Ｌ₀に対して略平行な状態とするレンズ群１２０（レンズ群１２５）を、以降、ビームエキスパンダーと呼ぶこととする。本実施形態では、ビームエキスパンダーとして２つのレンズを用いる例を示したが、これに限定されるものではなく、２つよりも多い例えば３つのレンズを含む構成としてもよい。

本実施形態の投写型表示装置１００によれば、レーザー光源１１０は、励起される物質によって特定される所定の可視光波長の偏光を発する。該偏光の光束Ｌｆは、ビームエキスパンダー１２０によって拡大され、光軸Ｌ₀と略平行な状態で液晶ライトバルブ１３０に入射する。したがって、液晶ライトバルブ１３０の液晶パネル１３１の表示領域に亘って、拡大された該偏光の光束Ｌｆが入射するので、液晶パネル１３１の光の射出側に偏光素子としての偏光板１３２を配置すれば、画像情報に基づいて変調された表示光が液晶ライトバルブ１３０から射出される。液晶パネル１３１の光の入射側に偏光素子を配置しなくてもよいので、液晶パネル１３１の光の入射側と射出側とにそれぞれ偏光素子を配置する場合に比べて、入射した該偏光が偏光素子により吸収されて光強度が低下することが改善される。すなわち、該偏光の光利用効率が改善され、明るい映像を投写可能な投写型表示装置１００を実現できる。

なお、液晶パネル１３１の光の射出側に配置される偏光板１３２の偏光軸（透過軸または吸収軸）の面内における方向は、液晶パネル１３１の光学設計（液晶分子の配向制御方式）に基づいて、液晶ライトバルブ１３０に入射する該偏光の基本的な偏光軸の方向（偏光方向）を考慮して設定される。例えば、液晶パネル１３１がＴＮ（Twisted Nematic）方式であれば、該偏光の基本的な偏光方向と偏光板１３２の偏光方向とが直交するように、偏光板１３２が配置される。
また、本実施形態における液晶パネル１３１は、本発明における「第１液晶パネル」の一例であり、光学設計は、上述したＴＮ方式に限らず、例えばＶＡ（Vertical Alignment）方式やＩＰＳ（In Plane Switching）方式などが採用されていてもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の投写型表示装置について、図３を参照して説明する。図３（ａ）は第２実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図、図３（ｂ）は偏光変換素子の構造を示す概略図である。第２実施形態の投写型表示装置は、第１実施形態の投写型表示装置１００に対して光学ユニット１０１の構成を異ならせたものである。したがって、投写型表示装置１００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の投写型表示装置２００は、光源から発する光を変調して表示光とする光学ユニット２０１と、投写光学系としての投写レンズ１８０とを含んで構成されている。光学ユニット２０１は、投写レンズ１８０に至る光軸Ｌ₀上に配置された、レーザー光源１１０、ビームエキスパンダー１２０、偏光変換素子１４０、液晶ライトバルブ２３０と、を有している。液晶ライトバルブ２３０は、液晶パネル１３１と、液晶パネル１３１の光の入射側に配置された第２偏光素子としての偏光板１３３と、液晶パネル１３１の光の射出側に配置された第１偏光素子としての偏光板１３２とを有する。したがって、本実施形態の投写型表示装置２００は、第１実施形態の投写型表示装置１００に偏光板１３３と偏光変換素子１４０とを追加した構成となっている。

ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ２３０との間に配置された偏光変換素子１４０は、レーザー光源１１０から発せられビームエキスパンダー１２０を透過した偏光の振動面を揃える役割を担うものである。具体的には、図３（ｂ）に示すように、レーザー光源１１０から発せられた偏光は、光軸Ｌ₀を中心にして振動する波として捉えることができる。波の振動方向すなわち振動面が互いに直交する偏光をｐ偏光Ｌｐとｓ偏光Ｌｓと呼ぶ。偏光変換素子１４０は、ｐ偏光Ｌｐを透過し、ｓ偏光Ｌｓを反射させる傾斜した界面をなす誘電体多層膜１４１と、誘電体多層膜１４１で反射されて入射したｓ偏光Ｌｓを再び光軸Ｌ₀の方向に反射させる傾斜した界面をなす誘電体多層膜１４２とを有している。したがって、レーザー光源１１０から発した偏光が、偏光変換素子１４０に入射して誘電体多層膜１４１を透過するとｐ偏光Ｌｐとして射出される。一方、誘電体多層膜１４１で反射して誘電体多層膜１４２に入射するのはｓ偏光Ｌｓである。誘電体多層膜１４２により反射したｓ偏光Ｌｓは、進行方向の軸周りに振動面が回転してｐ偏光Ｌｐとなり偏光変換素子１４０から射出される。すなわち、偏光変換素子１４０から射出される偏光は、振動面が同じｐ偏光Ｌｐに揃うことになる。なお、ｐ偏光Ｌｐ及びｓ偏光Ｌｓは、偏光が進行する光軸Ｌ₀の方向と交差する界面に対して定義されるものである。

本実施形態の投写型表示装置２００によれば、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ２３０との間に、偏光の振動面を揃える偏光変換素子１４０を備えている。さらに、液晶パネル１３１の光の入射側に偏光板１３３が配置されている。したがって、偏光変換素子１４０によって振動面が揃った偏光の波としての振動方向すなわち偏光方向と、偏光板１３３の偏光方向とを揃えるように偏光板１３３を配置することで、液晶パネル１３１に入射する偏光の偏光方向を光軸Ｌ₀と直交する面内において均一にすることができる。ゆえに、第１実施形態の投写型表示装置１００に比べて、偏光板１３３により光利用効率が低下するものの、偏光方向が光軸Ｌ₀と直交する面内において均一なｐ偏光Ｌｐが液晶パネル１３１に入射するので、高いコントラストが得られ、見栄えのよい映像を投写可能な投写型表示装置２００を実現できる。

なお、液晶パネル１３１の光の射出側に配置される偏光板１３２の偏光軸（透過軸または吸収軸）の光軸Ｌ₀と直交する面内における方向は、液晶パネル１３１の光学設計（液晶分子の配向制御方式）に基づいて、偏光板１３３を透過して液晶パネル１３１に入射する偏光の偏光方向を考慮して設定される。

また、投写型表示装置２００において、液晶ライトバルブ２３０を第１実施形態の液晶ライトバルブ１３０と置き換えてもよい。すなわち、液晶パネル１３１の光の入射側に偏光素子としての偏光板１３３を配置しなくても、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に偏光変換素子１４０を備えることで、偏光がレーザー光源１１０から発せられた時点に比べて、偏光方向が揃った状態となるので、明るさを確保しつつ見栄えのよい映像を投写することが可能である。
また、投写型表示装置２００において、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ２３０との間の偏光変換素子１４０を省略してもよい。その場合は、液晶パネル１３１の光の入射側に偏光素子としての偏光板１３３を備える液晶ライトバルブ２３０を用いることが投写される映像のコントラストを確保する点で好ましい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の投写型表示装置について、図４〜図９を参照して説明する。図４は第３実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図、図５（ａ）は位相板としての液晶パネルの構成を示す概略平面図、図５（ｂ）は位相板としての液晶パネルの要部の構造を示す概略断面図である。図６（ａ）及び（ｂ）は位相板としての液晶パネルの配向処理例を示す概略図、図７（ａ）及び（ｂ）は位相板としての液晶パネルの他の配向処理例を示す概略平面図、図８（ａ）及び（ｂ）は位相板を用いた偏光における偏光方向の制御例を説明する図、図９（ａ）及び（ｂ）は位相板を用いた偏光における偏光方向の他の制御例を説明する図である。

第３実施形態の投写型表示装置は、第１実施形態の投写型表示装置１００に対して光学ユニット１０１の構成を異ならせたものである。したがって、投写型表示装置１００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態の投写型表示装置３００は、光源から発する光を変調して表示光とする光学ユニット３０１と、投写光学系としての投写レンズ１８０とを含んで構成されている。光学ユニット３０１は、投写レンズ１８０に至る光軸Ｌ₀上に配置された、レーザー光源１１０、ビームエキスパンダー１２０、位相板としての液晶パネル１５０、液晶ライトバルブ１３０と、を有している。また、位相板としての液晶パネル１５０を駆動するドライバー１５１と、ドライバー１５１を制御するコントローラー１５２と、を有している。すなわち、本実施形態の投写型表示装置３００は、第１実施形態の投写型表示装置１００に、位相板として機能する液晶パネル１５０と、該液晶パネル１５０を駆動、制御する電気回路と、を追加した構成となっている。

第１実施形態で説明したように、レーザー光源１１０は、例えば固体レーザー、半導体レーザー、液体レーザー、ガスレーザーなどを用いることができる。励起された物質からどのようにしてレーザー光を取り出す構成かによって、レーザー光源１１０から発せられるレーザー光（偏光）の偏光状態（偏光方向）が必ずしも安定した状態であるとは限らない。例えば、ガスレーザーでは、励起された物質から生ずるレーザー光はランダム偏光であり、共振器ミラーの間にブリュスター窓を配置することで偏光状態（偏光方向）が安定したいわゆる直線偏光が得られる。レーザー光源１１０から直線偏光が得られることが好ましいが、どのような偏光状態の偏光が得られるレーザー光源１１０を用いるかは波長や光強度などの特性、そしてコストも考慮する必要がある。

また、レーザー光源１１０から発した偏光の偏光状態（偏光方向）は、ビームエキスパンダー１２０を介して拡大される過程で、凹状や凸状のレンズ面など屈折率が異なる物質の界面に入射することで変化することも考えられる。

本実施形態で用いられる位相板として機能する液晶パネル１５０は、本発明における「第２液晶パネル」に相当するものであって、レーザー光源１１０から発して液晶パネル１５０に入射する偏光の偏光状態（偏光方向）を安定な状態に補償する機能を有するものである。以降、液晶パネル１５０の構成例とその機能について図５〜図９を参照して説明する。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、位相板としての液晶パネル１５０は、素子基板１０と、対向基板２０と、対向して配置された素子基板１０と対向基板２０との間に挟持された液晶層５０とを有する。例えば、素子基板１０は対向基板２０よりも一回り大きい。素子基板１０と対向基板２０とは、対向基板２０の外周に沿って配置された接着性を有するシール材（図示省略）によって貼り合わされている。シール材によって囲まれた内側に複数の画素Ｐが配列した画素領域Ｅが設けられている。

素子基板１０は、透光性の例えば石英ガラスなどからなる基材１０ｓと、基材１０ｓ上において複数の画素Ｐごとに設けられた画素電極１５と、画素電極１５を覆う配向膜１８とを有している。なお、本実施形態における「透光性」とは可視光波長領域内の光の透過率が例えば８５％以上であることを言う。

対向基板２０は、同じく透光性の例えば石英ガラスなどからなる基材２０ｓと、基材２０ｓ上において複数の画素Ｐに共通して設けられた共通電極２５と、共通電極２５を覆う配向膜２８とを有している。

画素電極１５や共通電極２５は、それぞれ例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの導電膜を用いて透光性を有するように形成されている。

液晶層５０は、正または負の誘電異方性を有する液晶分子によって構成される。選択された液晶分子に応じて、液晶分子を配向させる配向膜１８，２８の配向膜材料や配向処理の方法が選定される。本実施形態では、正の誘電異方性を有するネマチックの液晶分子が用いられ、配向膜材料として例えばポリイミドなどの有機高分子材料が用いられている。

素子基板１０には、図示を省略したが、画素Ｐの画素電極１５をスイッチング制御するトランジスターを含む画素回路が設けられている。例えば、画素回路は、画素電極１５と、該トランジスターと、蓄積容量と、これらを結ぶ信号線とを含んで構成される。信号線は、素子基板１０の端子部１０ｔに配列した複数の接続端子１１に接続される（図５（ａ）参照）。

素子基板１０の端子部１０ｔには、液晶パネル１５０とドライバー１５１とを電気的に接続させるための中継基板（例えば、フレキシブル回路基板）が実装される。

このような液晶パネル１５０は、対向基板２０側から光が入射するように、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に配置される。液晶パネル１５０において、画素領域Ｅに配置された画素Ｐの行方向をＸ方向とし、画素Ｐの列方向をＹ方向とする。また、Ｘ方向とＹ方向とに直交する方向をＺ方向とする。そして、対向基板２０から素子基板１０に向かうＺ方向に沿って見ることを「平面視」または「平面的に」として表すこととする。

図６（ａ）に示すように、例えば、素子基板１０の配向膜１８には、Ｘ方向に沿って矢印で示した方向に配向処理が施されている。一方、素子基板１０に対向する対向基板２０の配向膜２８には、画素領域Ｅの中心を軸として平面視で時計回りに配向処理が施されている。配向処理の方法としては、配向膜１８，２８のそれぞれの表面を所定の配向方向に擦るラビング処理や、光を照射して配向方向を制御する光配向処理などを挙げることができる。

このような配向処理が施された素子基板１０と対向基板２０との間にネマチックの液晶分子ＬＣからなる液晶層５０を挟持すれば、図６（ｂ）に示すように、平面視における同心円上において、液晶分子ＬＣのツイスト方向、つまり液晶分子ＬＣの長軸方向に沿って伝わる偏光の旋光方向（偏光方向）をＸ方向及びＹ方向において軸対称な偏光状態とすることができる。なお、液晶分子ＬＣのツイスト方向は、素子基板１０の配向膜１８における配向処理方向を、例えば図６（ａ）の矢印の向きと逆方向とすることで変化する。また例えば、素子基板１０の配向膜１８における配向処理方向はＸ方向に限らずＹ方向としても軸対称な偏光状態が得られる。同様に、対向基板２０の配向膜２８における配向処理方向を反時計回りとしても軸対称な偏光状態が得られる。さらには、素子基板１０における配向処理と、対向基板２０における配向処理とを入れ替えても軸対称な偏光状態が得られる。

このように液晶パネル１５０に入射する偏光の偏光状態を軸対称な偏光状態とする方法は、図６に示した方法に限定されず、例えば図７に示すような配向処理方法としてもよい。具体的には、図７（ａ）に示すように、平面視で素子基板１０における配向処理方向を破線の矢印で示すＸ方向において左から右に向かう方向とする。対向基板２０における配向処理方向は、基板面をＸ方向とＹ方向とにそれぞれ２分割した４つの領域において、平面視で左上の領域では、実線の矢印で示すＹ方向において上から下に向かう方向とする。平面視で右下の領域における配向処理方向も左上の領域と同じである。平面視で左下の領域では、実線の矢印で示すＹ方向において下から上に向かう方向とする。平面視で右上の領域における配向処理方向も左下の領域と同じである。

このような配向処理を施した素子基板１０と対向基板２０との間にネマチックの液晶分子ＬＣからなる液晶層５０を挟持すれば、図７（ｂ）に示すように、４つの領域における液晶分子ＬＣの長軸方向に沿って伝わる偏光の旋光方向（偏光方向）をＸ方向及びＹ方向において軸対称な偏光状態とすることができる。なお、素子基板１０の配向処理方向を破線の矢印で示す方向と逆向きにすることで液晶分子ＬＣのツイスト方向は変化する。
このような液晶パネル１５０における液晶分子ＬＣの配向状態は、画素領域Ｅの中心を軸として液晶パネル１５０を１８０度回転させれば同様な配向状態が得られることから、ｎ＝２の回転対称であると定義できる。

図６あるいは図７に示した液晶分子ＬＣの配向状態である液晶パネル１５０を、図４に示したようにビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に配置する。そうすると、例えば図８（ａ）に示すように、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光が例えば光軸Ｌ₀を中心として実線の矢印で示す一定の回転方向に向いているアジマス偏光である場合、アジマス偏光は位相板として機能する液晶パネル１５０を透過するときに液晶分子ＬＣの長軸に沿って入射するので、液晶分子ＬＣのツイストにより偏光方向が素子基板１０の配向処理方向であるＸ方向に沿う方向に揃った状態に補償される。

また、例えば図８（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光が光軸Ｌ₀を中心として放射状に延びる実線の矢印で示すラジアル偏光である場合、図６（ｂ）に示した状態から９０度回転させた液晶パネル１５０にラジアル偏光を入射させると、平面視で液晶パネル１５０の１２時と６時の位置に入射した偏光方向がＹ方向のラジアル偏光は、液晶分子ＬＣのツイストにより偏光方向がＸ方向に変換される。平面視で液晶パネル１５０の３時と９時の位置に入射した偏光方向がＸ方向のラジアル偏光は、３時と９時の位置に対応する画素Ｐに駆動電圧を印加することで、偏光方向を変えずにそのまま透過させることができる。また、液晶パネル１５０において、上記以外の位置に入射したラジアル偏光に対しては当該位置の画素Ｐに印加する駆動電圧を調整することで偏光方向をＸ方向に揃えることが可能である。つまり、位相板として機能する液晶パネル１５０の画素Ｐに印加される駆動電圧を場所によって調整してラジアル偏光を透過させることで、偏光方向がＸ方向に沿う方向に揃った状態に補償される。

また、例えば図９（ａ）に示すように、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光が例えば光軸Ｌ₀を中心として実線の矢印で示す一定の回転方向に向いているアジマス偏光である場合、図６（ｂ）に示した状態から９０度回転させた液晶パネル１５０にアジマス偏光を入射させると、アジマス偏光は位相板として機能する液晶パネル１５０を透過するときに液晶分子ＬＣの長軸に沿って入射するので、液晶分子ＬＣのツイストにより偏光方向がＹ方向に沿う方向に揃った状態に補償される。

また、例えば図９（ｂ）に示すように、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光が光軸Ｌ₀を中心として放射状に延びる実線の矢印で示すラジアル偏光である場合、図６（ｂ）に示した液晶分子ＬＣの配向状態である液晶パネル１５０にラジアル偏光を入射させると、平面視で液晶パネル１５０の３時と９時の位置に入射した偏光方向がＸ方向のラジアル偏光は、液晶分子ＬＣのツイストにより偏光方向がＹ方向に変換される。平面視で液晶パネル１５０の１２時と６時の位置に入射した偏光方向がＹ方向のラジアル偏光は、１２時と６時の位置に対応する画素Ｐに駆動電圧を印加することで、偏光方向を変えずにそのまま透過させることができる。また、液晶パネル１５０において、上記以外の位置に入射したラジアル偏光に対しては当該位置の画素Ｐに印加する駆動電圧を調整することで偏光方向をＹ方向に揃えることが可能である。つまり、位相板として機能する液晶パネル１５０の画素Ｐに印加される駆動電圧を場所によって調整してラジアル偏光を透過させることで、偏光方向がＹ方向に沿う方向に揃った状態に補償される。

位相板として機能する液晶パネル１５０は、画素Ｐの画素電極１５をスイッチング制御するトランジスターを備えたアクティブ駆動方式が採用されている。したがって、ドライバー１５１及びコントローラー１５２によりトランジスターを駆動制御して画素電極１５と共通電極２５との間に電界を発生させれば、正の誘電異方性を有する液晶分子ＬＣは画素電極１５と共通電極２５との間の電界方向に揃って配向することになる。ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光の偏光状態が、光軸Ｌ₀と直交する面内において、部分的にアジマス偏光やラジアル偏光であっても、当該部分に対応する画素Ｐに印加される駆動電圧を制御（ＯＮ／ＯＦＦあるいはＯＮ−ＯＦＦの中間的な電位とする）すれば、上記面内において偏光方向を均一な状態に補償することができる。
なお、液晶パネル１５０における液晶分子ＬＣの配向状態はｎ＝２の回転対称であることに限定されず、ｎ＝２以上の回転対称であれば、上記の光学的な補償を実現できる。

また、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光の偏光状態に応じて、画素領域Ｅの中心を軸として液晶パネル１５０を回転させれば、アジマス偏光やラジアル偏光における偏光方向をＸ方向またはＹ方向に統一することができる。言い換えれば、投写型表示装置３００は、ビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光の偏光状態を補償可能とするために、位相板としての液晶パネル１５０を画素領域Ｅの中心を軸として回転させることができる回転機構を備えることが好ましい。これによれば、レーザー光の様々な偏光状態に容易に対応して光学的な補償ができる。

液晶パネル１５０における配向処理は、レーザー光源１１０から発したレーザー光の光束がビームエキスパンダー１２０により拡大された後の偏光状態を考慮して設定される。また、液晶パネル１５０によって補償された後の偏光状態（偏光方向）を考慮して、液晶ライトバルブ１３０における液晶パネル１３１の光学設計や偏光板１３２の偏光軸の配置が設定される。

本実施形態の投写型表示装置３００によれば、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に位相板として機能する液晶パネル１５０が配置されている。したがって、ビームエキスパンダー１２０から入射する偏光の偏光状態を、光軸Ｌ₀と直交する面内において偏光方向が均一となるように補償することができるので、明るく、且つ高いコントラストが得られ見栄えのよい映像を投写可能な投写型表示装置３００を実現できる。

なお、本実施形態では、液晶パネル１５０とドライバー１５１とを別体としたが、ドライバー１５１を液晶パネル１５０に組み込んだあるいは形成した構成としてもよい。また、例えば、コントローラー１５２にドライバー１５１が含まれる構成であってもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の投写型表示装置について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は第４実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図、図１１はレーザー光源の光強度と起動後の時間（秒）との関係を示すグラフである。第４実施形態の投写型表示装置は、第３実施形態の投写型表示装置３００に対して光学ユニット３０１の構成を異ならせたものである。したがって、投写型表示装置３００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態の投写型表示装置４００は、光源から発する光を変調して表示光とする光学ユニット４０１と、投写光学系としての投写レンズ１８０とを含んで構成されている。光学ユニット４０１は、投写レンズ１８０に至る光軸Ｌ₀上に配置された、レーザー光源１１０、ビームエキスパンダー１２０、位相板としての液晶パネル１５０、液晶ライトバルブ１３０と、を有している。また、位相板としての液晶パネル１５０を駆動するドライバー１５１と、ドライバー１５１を制御するコントローラー１５２と、を有している。加えて、レーザー光源１１０とビームエキスパンダー１２０との間の光軸Ｌ₀上に設けられたビームスプリッター１６１と、検光子１６２と、光検出器１６３と、信号処理部１６４とを含む偏光状態検出機構１６０を備えている。すなわち、本実施形態の投写型表示装置４００は、第３実施形態の投写型表示装置３００に、偏光状態検出機構１６０を追加した構成となっている。

偏光状態検出機構１６０は、レーザー光源１１０から発せられるレーザー光（偏光）の偏光状態を検出するものである。具体的には、ビームスプリッター１６１は、ｐ偏光Ｌｐを透過し、ｓ偏光Ｌｓを反射させる。レーザー光源１１０から発したレーザー光（偏光）のうちｓ偏光Ｌｓをビームスプリッター１６１で反射させて光検出器１６３に導く。ビームスプリッター１６１と光検出器１６３との間の光軸上には、検光子１６２が配置されている。検光子１６２は、レーザー光（ｓ偏光Ｌｓ）の基本的な偏光方向と偏光軸が同じ方向となるように設定されており、レーザー光（ｓ偏光Ｌｓ）を基本的に透過させる。レーザー光（ｓ偏光Ｌｓ）を検光子１６２に入射させ透過した光の強度を光検出器１６３で計測する。光検出器１６３は、例えばダイオードやトランジスターなどの受光素子や、光電子増倍管（ＰＭＴ；Photo Multiplier Tube）である。光検出器１６３は信号処理部１６４に電気的に接続され、信号処理部１６４はコントローラー１５２に電気的に接続されている。なお、信号処理部１６４はコントローラー１５２に含まれていてもよい。

レーザー光源１１０から発せられ、ビームスプリッター１６１で反射したレーザー光（ｓ偏光Ｌｓ）の偏光状態が変化した場合、検光子１６２を透過する光量が変化することから光検出器１６３で検出される光強度が変化する。信号処理部１６４によって光検出器１６３が検出した光強度を電気信号に変換してコントローラー１５２に送出することで、コントローラー１５２はドライバー１５１を制御して液晶パネル１５０における複数の画素Ｐの駆動状態を画素Ｐごとに制御することができる構成となっている。

このような構成の偏光状態検出機構１６０を用いて、レーザー光源１１０として例えば半導体レーザー（波長５３２ｎｍ）の光強度を計測すると、図１１の実線で示すように、半導体レーザーは起動後およそ２０分程度で光強度のピークを迎えた後にほぼ一定の光強度となる。点灯後２０分経過するまでの間は、光強度が上昇基調にあるものの変動していることがわかる。

同様にして、レーザー光源１１０として例えばＨｅ（ヘリウム）−Ｎｅ（ネオン）のガスレーザー（以降、Ｈｅ−Ｎｅレーザーという；波長６３２ｎｍ）の光強度を計測すると、図１１の破線で示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザーは点灯後およそ３分程度で光強度のピークを迎え、以降、光強度が徐々に低下していることがわかる。つまり、半導体レーザーやガスレーザーにしても起動後の経過時間により光強度すなわち偏光状態が変化していることがわかる。

本実施形態では、偏光状態検出機構１６０を用い、起動初期段階では第１の検出タイミング（時間間隔；周期）で偏光状態を検出し、起動初期段階を過ぎたら第１の検出タイミングと異なる第２の検出タイミング（時間間隔；周期）で偏光状態を検出する。具体的には、光強度の経時的な変化の割合が例えば５％以内に納まるように、半導体レーザーならば、起動後４分までは２０秒間隔、４分から２０分までは２分間隔、２０分以降は２０分間隔で光強度を計測する。同じく、Ｈｅ−Ｎｅレーザーならば、起動後３分までは１５秒間隔、３分以降は１５分間隔で光強度を計測する。

本実施形態の投写型表示装置４００によれば、レーザー光源１１０とビームエキスパンダー１２０との間に偏光状態検出機構１６０が設けられているので、レーザー光源１１０の起動後の偏光状態に応じて位相板としての液晶パネル１５０を駆動制御することができる。すなわち、レーザー光源１１０の偏光状態が起動後に変化しても液晶パネル１５０によりきめ細かな補償が可能となる。ゆえに、明るく、且つ高いコントラストが得られる映像を経時的に安定して投写可能な投写型表示装置４００を実現できる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の投写型表示装置について、図１２を参照して説明する。図１２は第５実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図である。第５実施形態の投写型表示装置は、第３実施形態の位相板としての液晶パネル１５０の駆動制御方法の他の例を示すものである。したがって、第３実施形態の投写型表示装置３００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１２に示すように、本実施形態の投写型表示装置５００は、光学ユニット３０１と、投写光学系としての投写レンズ１８０とを含んで構成されている。光学ユニット３０１は、投写レンズ１８０に至る光軸Ｌ₀上に配置された、レーザー光源１１０、ビームエキスパンダー１２０、位相板としての液晶パネル１５０、液晶ライトバルブ１３０と、を有している。また、位相板としての液晶パネル１５０を駆動するドライバー１５１と、ドライバー１５１を制御するコントローラー１５２と、を有している。加えて、投写レンズ１８０によって被投写体であるスクリーン１０００に投写された映像の明るさを計測可能な計測機構１７０を備えている。すなわち、本実施形態の投写型表示装置５００は、第３実施形態の投写型表示装置３００に、計測機構１７０を追加した構成となっている。

計測機構１７０は、スクリーン１０００に投写された映像を撮像可能な撮像部１７１と、撮像部１７１により得られた映像の情報を画像処理して電気信号に変換する画像処理部１７２とを含んで構成されている。画像処理部１７２はコントローラー１５２に電気的に接続されている。撮像部１７１は、例えばＣＣＤなどの撮像素子を含むものである。

レーザー光源１１０から発してビームエキスパンダー１２０により拡大されたレーザー光の偏光状態が変化すると、液晶ライトバルブ１３０から射出される表示光の明るさが変化してスクリーン１０００に投写される。計測機構１７０はスクリーン１０００に投写された映像を撮像部１７１で撮像し、撮像された映像の情報から面内における明るさのむらを画像処理部１７２によって電気信号に変換できる構成となっている。コントローラー１５２及びドライバー１５１は、画像処理部１７２から送出される電気信号に基づいて液晶パネル１５０を駆動制御する。映像の面内において相対的に明るさが低下している部分は、液晶ライトバルブ１３０に入射する偏光の偏光方向が基本的な設定からずれている部分である。コントローラー１５２は当該部分の偏光方向が補償されるようにドライバー１５１を制御して液晶パネル１５０を駆動する。

本実施形態の投写型表示装置５００によれば、計測機構１７０により投写された映像の明るさを計測して、映像の面内における相対的な明るさのむらを補償するように液晶パネル１５０を駆動制御できる。すなわち、液晶ライトバルブ１３０に入射する偏光の偏光状態に起因する投写された映像の面内における明るさのむらを低減して、見栄えのよい映像を投写可能な投写型表示装置５００を実現できる。

なお、スクリーン１０００に投写され明るさが計測される映像は、パターン化されていない単一色の映像、あるいは特定のパターンの単一色の映像であることが好ましい。また、レーザー光源１１０を起動後、所定の時間間隔で投写された映像の明るさを計測して、画像情報として記憶する記憶部を設けておけば、レーザー光源１１０の起動後の経時的な偏光状態の変化についても補償が可能となる。上記記憶部はコントローラー１５２に含まれていてもよい。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態の投写型表示装置について、図１３を参照して説明する。図１３は第６実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図である。第６実施形態は、第４実施形態の投写型表示装置４００における光学ユニット４０１を基本として、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つに色光に対応した光学ユニットを備えたものである。したがって、第４実施形態の投写型表示装置４００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１３に示すように、本実施形態の投写型表示装置６００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３つに色光（偏光）に対応した光学ユニット６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂと、３つの光学ユニット６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂのそれぞれから画像情報に基づいて変調され射出された色光を合成して表示光とする合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム６０２と、クロスダイクロイックプリズム６０２から射出された表示光を、例えばスクリーン１０００に拡大して投写する投写光学系としての投写レンズ１８０とを備えている。

光学ユニット６０１Ｇは、光軸上に配置された、緑色のレーザー光が得られるレーザー光源１１０Ｇ、ビームエキスパンダー１２０、位相板としての液晶パネル１５０Ｇ、液晶ライトバルブ１３０Ｇを有している。また、レーザー光源１１０Ｇとビームエキスパンダー１２０との間の光軸上に配置されたビームスプリッター１６１と、検光子１６２と、光検出器１６３とを含む偏光状態検出機構１６０Ｇを有している。

他の色光の光学ユニット６０１Ｒ，６０１Ｂも同様であり、色光に対応した構成のそれぞれには、色光の種別を示すＲ，Ｂの符号を付して識別する。すなわち、レーザー光源１１０Ｒは赤色のレーザー光が得られるものであり、レーザー光源１１０Ｂは青色のレーザー光が得られるものである。液晶ライトバルブ１３０Ｒは赤の色光を変調する光変調手段であり、液晶ライトバルブ１３０Ｂは青の色光を変調する光変調手段である。偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｂや位相板としての液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｂもまたそれぞれの色光に対応して設けられている。

赤の色光が得られるレーザー光源１１０Ｒとしては、例えばＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン）系の材料を用いた半導体レーザー（波長６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ）や、Ｈｅ−Ｎｅレーザー（波長６３２ｎｍ）などのガスレーザーが挙げられる。
緑の色光が得られるレーザー光源１１０Ｇとしては、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）系の材料を用いた半導体レーザー（波長５３０ｎｍ）や、アルゴンイオンレーザー（波長５１４ｎｍ）などのガスレーザーが挙げられる。
青の色光が得られるレーザー光源１１０Ｂとしては、例えばＧａＮ（窒化ガリウム）系の材料を用いた半導体レーザー（波長４００ｎｍ〜５００ｎｍ）や、アルゴンイオンレーザー（波長４８８ｎｍ）などのガスレーザーが挙げられる。

なお、図１３には図示を省略したが、投写型表示装置６００は、各液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂをそれぞれ駆動するドライバー１５１を有する。また、偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂの光検出器１６３とドライバー１５１とに電気的に接続されたコントローラー１５２を有する。

クロスダイクロイックプリズム６０２は、４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤の色光を反射する誘電体多層膜と青の色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。緑の色光はこれらの誘電体多層膜を透過する。光学ユニット６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂのそれぞれは、クロスダイクロイックプリズム６０２の各色光の入射面に対応する色光が入射するように配置される。これにより、これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像の表示光となる。表示光は、投写レンズ１８０によってスクリーン１０００上に投写され、カラー画像が拡大されて表示される。

本実施形態の投写型表示装置６００によれば、光学ユニット６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂのそれぞれは、レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂごとの偏光状態を検出可能な偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂを備えている。また、偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂによって検出された偏光状態に応じて、各色光の偏光状態を補償可能な液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂを備えている。したがって、明るく、且つ見栄えのよいカラー映像を投写可能な投写型表示装置６００を実現できる。

なお、本実施形態では、偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂを備える構成としたが、ビームエキスパンダー１２０によって拡大された各レーザー光（色光）における偏光状態を予め確認して、当該偏光状態を補償するように各液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂを駆動する構成としてもよい。すなわち、偏光状態検出機構１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂを省略することも可能である。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態の投写型表示装置について、図１４を参照して説明する、図１４は、第７実施形態の投写型表示装置の構成を示す概略図である。第７実施形態の投写型表示装置は、第３実施形態の投写型表示装置３００を基本としてカラー画像の投写を可能としたものである。したがって、投写型表示装置３００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１４に示すように、本実施形態の投写型表示装置７００は、光学ユニット７０１と、投写光学系としての投写レンズ１８０とを備えている。光学ユニット７０１は、投写レンズ１８０に向かう光軸Ｌ₀上に配置された、赤の色光を発するレーザー光源１１０Ｒと、ビームエキスパンダー１２０と、液晶ライトバルブ１３０とを備えている。また、レーザー光源１１０Ｒとビームエキスパンダー１２０との間の光軸Ｌ₀上に配置された２つのビームスプリッター１９１，１９２と、ビームスプリッター１９１に対応して配置された緑の色光を発するレーザー光源１１０Ｇと、ビームスプリッター１９２に対応して配置された青の色光を発するレーザー光源１１０Ｂとを有している。

ビームスプリッター１９１は、赤の色光を透過して緑の色光を反射する。ビームスプリッター１９２は、赤と緑の色光を透過して青の色光を反射する。各色のレーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは順番に点灯（駆動）され、レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂの点灯（駆動）に同期して、液晶ライトバルブ１３０の液晶パネル１３１には各色に対応した画像が表示される。レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと液晶パネル１３１とは、同期して時分割駆動される。このような駆動方法はフィールドシーケンシャル駆動と呼ばれている。

ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に配置された液晶パネル１５０もまた、各レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂのレーザー光（色光）がビームエキスパンダー１２０で拡大された後の偏光状態を補償するように、コントローラー１５２とドライバー１５１とによりフィールドシーケンシャル駆動される。

本実施形態の投写型表示装置７００によれば、３つの色光を発するレーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂと、液晶ライトバルブ１３０の液晶パネル１３１と、位相板としての液晶パネル１５０とが、それぞれ同期してフィールドシーケンシャル駆動されるので、明るいカラー画像が投写可能であって、上記第６実施形態の投写型表示装置６００に比べて構成が簡素で小型な投写型表示装置７００を実現できる。
なお、複数種のレーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂを備える場合、各レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂから発してビームエキスパンダー１２０で拡大された後のそれぞれのレーザー光の偏光状態が必ずしも同一であるとは限らない。そこで、上記第３実施形態で説明したように位相板としての液晶パネル１５０を回転させる回転機構をさらに備え、偏光状態を的確に補償する観点から該回転機構もまたフィールドシーケンシャル駆動することが好ましい。

本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う投写型表示装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）上記実施形態において、位相板として機能する液晶パネル１５０は、画素領域Ｅが平面視で四角形であることに限定されない。図１５は、変形例の位相板としての液晶パネルを示す概略平面図である。レーザー光源１１０から発し、ビームエキスパンダー１２０で拡大されたレーザー光の光束は、光軸Ｌ₀に直交する面内において円形である。例えば図１５に示すように、変形例の位相板としての液晶パネル１５０Ｂは、同心円上に配置された複数の画素Ｐを有する画素領域Ｅを備える構成としてもよい。これによれば、レーザー光源１１０の光軸Ｌ₀と画素領域Ｅの中心とを平面的に合致させ、レーザー光の光束における偏光状態に対応したより的確な位置の画素Ｐを駆動制御することで、より適正な偏光状態の補償を実現できる。

（変形例２）図１６は、変形例の投写型表示装置の構成を示す概略図である。図１６に示すように、変形例の投写型表示装置７００Ｂは、上記第７実施形態の投写型表示装置７００に対して位相板の構成を異ならせたものである。したがって、投写型表示装置７００と同じ構成には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
変形例の投写型表示装置７００Ｂは、光学ユニット７０１Ｂと、投写光学系としての投写レンズ１８０とを備えている。光学ユニット７０１Ｂは、投写レンズ１８０に向かう光軸Ｌ₀上に配置された、赤の色光を発するレーザー光源１１０Ｒと、ビームエキスパンダー１２０と、液晶ライトバルブ１３０とを備えている。また、レーザー光源１１０Ｒとビームエキスパンダー１２０との間の光軸Ｌ₀上に配置された２つのビームスプリッター１９１，１９２と、ビームスプリッター１９１に対応して配置された緑の色光を発するレーザー光源１１０Ｇと、ビームスプリッター１９２に対応して配置された青の色光を発するレーザー光源１１０Ｂとを有している。
ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に、位相板として機能する液晶パネル１５０Ａと液晶パネル１５０Ｂとが配置されている。液晶パネル１５０Ａ，１５０Ｂもまた、各レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂのレーザー光（色光）がビームエキスパンダー１２０で拡大された後の偏光状態を補償するように、コントローラー１５２とドライバー１５１Ａ，１５１Ｂとによりフィールドシーケンシャル駆動される。
具体的には、液晶パネル１５０Ａにおける液晶分子ＬＣの配向状態は例えば図６（ｂ）に示した回転対称となっている。これに対して液晶パネル１５０Ｂにおける液晶分子ＬＣの配向状態も同様に回転対称となっているものの、液晶パネル１５０Ｂの配向状態は、液晶パネル１５０Ａを９０度回転させたものと同じになっている。
したがって、上記第３実施形態で説明したように、例えば液晶パネル１５０Ａにアジマス偏光が入射したときには液晶パネル１５０Ａを駆動せずに入射したレーザー光の偏光方向を光学的に補償する。その一方で、液晶パネル１５０Ｂは入射したレーザー光（光学的に補償されたレーザー光）をそのまま透過させるように駆動する。また、例えば液晶パネル１５０Ａにラジアル偏光が入射したときには液晶パネル１５０Ａを駆動してそのまま透過させ、ラジアル偏光を液晶パネル１５０Ｂに入射させて、入射したラジアル偏光が所定の偏光方向となるように液晶パネル１５０Ｂを駆動制御する。上記第７実施形態では、位相板として１つの液晶パネル１５０を備えることから、各レーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂのレーザー光（色光）がビームエキスパンダー１２０で拡大された後の偏光状態を的確に補償するために、液晶パネル１５０を回転させる回転機構を備えて、該回転機構もフィールドシーケンシャル駆動することが好ましいことを述べたが、変形例の投写型表示装置７００Ｂによれば、このような回転機構を設けなくても該偏光状態の光学的な補償を行うことができる。つまり、簡素な構成でより明るいカラー画像を投写可能な投写型表示装置７００Ｂを実現できる。

（変形例３）液晶ライトバルブ１３０（あるいは液晶ライトバルブ２３０）において、液晶パネル１３１の光の入射側または射出側に配置される偏光素子は、偏光板であることに限定されない。偏光素子は、回折格子であってもよい。

（変形例４）光源からの光を変調して表示光とする光学ユニットは、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間に、ライトパイプを備えていてもよい。ライトパイプは、ビームエキスパンダー１２０で拡大されたレーザー光の光束が拡散することを防ぐものであって、一定の屈折率を有するガラスなどの透明物質からなる柱状体（ロッド）や、内部を中空にして側面をミラーで構成したライトトンネルなどが挙げられる。また、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０とは光軸Ｌ₀上において直線的に配置されることに限定されず、ビームエキスパンダー１２０と液晶ライトバルブ１３０との間にリレーレンズやミラーなどを配置して導光することにより、折れ曲がった光軸Ｌ₀上に配置されるとしてもよい。

（変形例５）液晶ライトバルブ１３０は、透過型の液晶パネル１３１を備える構成に限定されず、反射型の液晶パネルを備える構成としてもよい。その場合、反射型の液晶パネルの光の入射側（射出側）にビームスプリッターを配置する。ビームスプリッターに入射した偏光は反射型の液晶パネルで変調されて反射し射出される。変調された射出光がビームスプリッターで反射されて投写光学系に導かれる構成とすればよい。

（変形例６）カラー画像を投写可能な投写型表示装置は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光の発光が得られるレーザー光源１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂのすべてを含むことに限定されず、このうち２種の色光を発するレーザー光源を備えた構成としてもよい。

（変形例７）上記実施形態において、レーザー光源１１０、ビームエキスパンダー１２０、液晶ライトバルブ１３０を少なくとも含む光学ユニットを適用可能な投写型表示装置は、フロントプロジェクション方式に限定されず、リアプロジェクション方式としてもよい。また、上記光学ユニットは、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）にも適用可能である。

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００…投写型表示装置、１０１，２０１，３０１，４０１，６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂ，７０１…光学ユニット、１１０，１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂ…レーザー光源、１２０…レンズ群としてのビームエキスパンダー、１３０…液晶ライトバルブ、１３１…第１液晶パネルとしての液晶パネル、１３２…偏光素子及び第１偏光素子としての偏光板、１３３…第２偏光素子としての偏光板、１４０…偏光変換素子、１５０，１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂ…位相板及び第２液晶パネルとしての液晶パネル、１６０，１６０Ｒ，１６０Ｇ，１６０Ｂ…偏光状態検出機構、１７０…計測機構、１８０…投写光学系としての投写レンズ。

Claims (13)

1. レーザー光源と、
   画像信号に基づいて入射光を変調可能な液晶ライトバルブと、
   前記レーザー光源と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記レーザー光源から射出される偏光の光束を拡大し、光軸と略平行な状態として前記液晶ライトバルブに入射させるレンズ群と、
   前記液晶ライトバルブから射出される表示光を拡大して投写する投写光学系と、を備え、
   前記液晶ライトバルブは、第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルと前記投写光学系との間に配置された偏光素子とを有することを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記レンズ群と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記位相板は、第２液晶パネルであって、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記位相板は、第２液晶パネルであって、
   前記レーザー光源と前記レンズ群との間に配置され、前記レーザー光源から射出される偏光の偏光状態を検出する偏光状態検出機構を備え、
   前記偏光状態検出機構により検出された前記偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
5. 前記レーザー光源の起動後の経過時間に応じて、前記偏光状態検出機構における前記偏光状態の検出タイミングを異ならせることを特徴とする請求項４に記載の投写型表示装置。
6. 前記レーザー光源の起動初期段階では、前記偏光状態検出機構により第１の検出タイミングで前記偏光状態を検出し、前記起動初期段階を過ぎると前記第１の検出タイミングよりも長い周期の第２の検出タイミングで前記偏光状態を検出することを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記位相板は、第２液晶パネルであって、
   前記投写光学系によって投写された映像の明るさを計測可能な計測機構を備え、
   前記計測機構により得られた前記映像の面内における相対的な明るさのむらを補償するように、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
8. 前記位相板は、第２液晶パネルであって、駆動電圧が印加されていないときの配向状態がｎ＝２以上の回転対称であることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
9. 前記レンズ群と前記液晶ライトバルブとの間に配置され、前記レンズ群により屈折した偏光を直線偏光に変換する偏光変換素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
10. 前記液晶ライトバルブは、前記第１液晶パネルの光の入射側に配置された第２偏光素子と、前記第１液晶パネルの光の射出側に配置された第１偏光素子とを有することを特徴とする請求項１または９に記載の投写型表示装置。
11. 赤、緑、青の３つの色光ごとに設けられた、前記レーザー光源と、前記レンズ群と、前記液晶ライトバルブとを少なくとも含む光学ユニットと、
    赤、緑、青の３つの前記光学ユニットのそれぞれから射出される表示光を合成する合成光学系と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
12. 前記３つの色光ごとに設けられた前記光学ユニットのそれぞれは、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板としての第２液晶パネルを含み、
    赤、緑、青の前記レーザー光源のそれぞれの偏光状態に応じて、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする請求項１１に記載の投写型表示装置。
13. 赤、緑、青の３つの色光ごとに設けられた前記レーザー光源と、前記レンズ群と、前記液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブに入射する前記偏光における偏光状態を補償する位相板としての第２液晶パネルとを含む光学ユニットを備え、
    赤、緑、青の前記レーザー光源は順番に点灯し、前記レーザー光源の点灯の順番に同期して、前記第２液晶パネルが駆動されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投写型表示装置。

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