JP4631422B2

JP4631422B2 - プロジェクタ

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Publication number: JP4631422B2
Application number: JP2004357717A
Authority: JP
Inventors: 秀精山川
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-12-10
Also published as: JP2006163224A

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置を用いて画像を投射するプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、３つの液晶パネルを各色の照明光によって照明し、照明された３つの液晶パネルから射出される各色の像光を合成し、合成されたカラー像を投影レンズによって適当な拡大率で投影するものが存在する。

以上のプロジェクタにおいて、その照明装置部分に、シーンごとの明るさに応じて開閉する絞り機構「ダイナミックアイリス」を設けたものが存在する（非特許文献１参照）。この絞り機構は、照明装置部分を構成する２つのフライアイレンズ間に遮光板を挿入したものであり、この遮光板を回転させることで光量調節を行うことができるようになっている。

また、照明系に、複数の細長い開口を長手方向に垂直に配列した構造の絞りを、フライアイレンズ近傍において移動可能に配置した別のプロジェクタも存在する（特許文献１参照）。このプロジェクタでは、映像信号から得た明るさ信号に基づいて絞り駆動用の調光素子ドライバを制御し、この調光素子ドライバによって絞りを移動させることによって照明光量の調節を行っている。

また、照明系に、開口面積を可変にした絞りとこの絞りの開口面積を変化させる絞り駆動装置とを設け、輝度信号レベル検出器で検出した絞り制御用輝度信号レベルが略一定になるように、照明系の開口面積を可変制御するプロジェクタも存在する（特許文献２参照）。

また、照明系に、液晶パネルの前段に光軸まわりに回転可能に配置された調光用偏光板を設けたプロジェクタも存在する（特許文献３参照）。このプロジェクタでは、液晶パネルの入射面に設けた偏光板の偏光軸に対して調光用偏光板の偏光軸を傾けることによって、液晶パネルを照明する光強度を調節することができるようになっている。

また、照明系に、液晶パネルに対して光軸まわりに回転可能に配置された波長板を設けたプロジェクタも存在する（特許文献４参照）。このプロジェクタでは、液晶パネルの入射面に設けた偏光板の偏光軸に対して波長板の光学軸を傾けることによって、液晶パネルを照明する光強度を調節することができるようになっている。

その他、光源の光射出側に一対の偏光板を設け、一方の偏光板を光軸まわりに回転可能にした光度調節装置も存在する（特許文献５参照）。この光度調節装置では、光源への供給電圧を変化させることなく、自動的に光度を微調節可能にしている。
http://www.phileweb.com/news/d-av/200409/02/11043.html、デジタルＡＶＮＥＷＳ新製品ニュースリリース（2004/09/02）、"パナソニック、「ハリウッド画質」がさらに進化した液プロ新モデル「TH-AE700」を発売" 特開２００３−１８６１１１号公報特開２００３−２９２０３号公報特開平５−２９２０３号公報特開２００４−２５８０６３号公報特開平５−４８８３９号公報

しかし、非特許文献１や特許文献１，２に記載されたような、絞りによって光量調節を行う方法では、比較的大きな絞りを精密に駆動する複雑な機構が必要となるので、照明装置延いてはプロジェクタの信頼性低下やコストアップを招く可能性がある。特に、非特許文献１に開示された、開閉する絞り機構の場合、上下で２つの駆動機構が必要となり、信頼性やコストの面での問題点がより顕著となる。

また、特許文献２〜４等のように、偏光板や波長板を回転させる方法では、液晶パネルの入射面に設けた偏光板に不要な偏光成分を吸収させることになるので、この偏光板が吸光によって徐々に加熱され特性が劣化する場合がある。

そこで、本発明は、光量調節に複雑な機構を必要とせず、液晶パネルの入射面に設けた偏光板の加熱を伴うことなく、液晶パネル等の照明光量を簡易に調節することができる光量調節型の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、光源と、前記光源から射出された光を変調する光変調装置と、前記光源から射出された光束の面内照度分布を前記光変調装置の位置付近で均一化する均一照明光学系と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系と、を備え、前記均一照明光学系は、側面側に反射面を備えたロッドを有し、前記ロッドは、前記反射面で光を反射することによって、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分離してなり、前記光源と前記ロッドとの間の光路中には、偏光変換素子が設けられ、前記偏光変換素子は、前記光源から射出された光を互いに偏光方向が直交する第１及び第２の偏光に分離して、前記第１の偏光を前記ロッドの側へ射出する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から射出された前記第２の偏光のうち少なくとも一部を反射して前記ロッドの側へ射出する反射素子と、前記偏光分離素子から射出される前記第１の偏光と、前記反射素子から射出される前記第２の偏光との偏光方向を揃える位相差板と、を有してなるプロジェクタである。そして、本プロジェクタにおいて、前記反射素子は、反射型偏光素子によって構成され、前記反射型偏光素子は、当該反射型偏光素子の姿勢を変化させる回転駆動機構に支持されている。

上記プロジェクタによれば、位相差板が、前記偏光分離素子から射出される前記第１の偏光と、前記反射素子から射出される前記第２の偏光との偏光方向を揃えるので、均一化用のロッドには同一方向に揃った偏光を入射させることができ、光変調装置を必要な偏光方向の偏光のみで効率良く照明することができる。この場合において、回転駆動機構が前記反射型偏光素子の姿勢を変化させるので、反射型偏光素子の姿勢に応じてこの反射型偏光素子で反射される第２の偏光の光量を変化させることができる。よって、偏光変換素子に組み込まれた反射型偏光素子の姿勢を変化させるだけの簡単な回転駆動機構によって、光変調装置の照明光量を簡易かつ正確に調整することができる。つまり、投射する画像の種類や使用環境に応じた明るさの簡易な設定が可能になり、画像の表現力を簡易に高めることができる。

また、本発明の具体的側面又は態様では、上記プロジェクタにおいて、前記反射型偏光素子が反射型偏光板である。この場合、反射型偏光素子によって前記第２の偏光を反射して前記ロッドの側へ射出させる光量を良好な波長特性で広範囲に亘って調節することができる。よって、光変調装置の照明光量の調節範囲も大きく設定することができる。

また、本発明の別の具体的態様では、前記反射型偏光板がワイヤグリッド偏光子である。この場合、反射型偏光板を耐光性等の点で優れたものとすることができる。

また、本発明の別の具体的態様では、前記回転駆動機構が、前記反射型偏光板を裏面側から支持しつつ、前記反射型偏光板に垂直な支持軸のまわりの回転位置を変化させる。この場合、反射型偏光板の姿勢を簡易な機構によって直接的に調節することができ、光変調装置の照明光量を高い任意性で正確に調節することができる。

また、本発明の別の具体的態様では、前記反射型偏光素子が多層膜を含む偏光分離膜を備える。この場合、反射型偏光素子によって前記第２の偏光を反射して前記ロッドの側へ射出させる光量を確実に調節することができる。

また、本発明の別の具体的態様では、前記回転駆動機構が、前記反射型偏光素子に入射する前記第２の偏光の光軸に対する前記偏光分離膜の傾斜角度を変化させる。この場合、反射型偏光板の姿勢を簡易な機構によって直接的に調節することができる。

また、本発明の別の具体的態様では、前記ロッドが、第１部分領域と第２部分領域とを有する入射端面を備え、前記偏光分離素子が、前記第１部分領域に接続されるとともに当該前記第１部分領域を介して前記ロッド内に前記第１の偏光を射出する第１射出面と、前記第２の偏光を射出する第２射出面とを有する偏光ビームスプリッタであり、前記反射型偏光素子が、前記偏光ビームスプリッタの前記第２射出面からの射出光のうち所定の偏光成分を反射して、前記ロッドの前記第２部分領域に入射させる。この場合、均一照明光学系と偏光変換素子とを一体化した取扱性に優れる光学ユニットを提供することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２０と、光源装置２０からの照明光を所定方向の偏光に変換するとともに均一化する照明光形成ユニット３０と、照明光形成ユニット３０を経た照明光を赤・緑・青の３色に分割する分割照明系４０と、分割照明系４０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５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ７０とを備える。

ここで、光源装置２０は、略点状の発光部を形成するランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出される光源光を集光するする楕円面の凹面鏡２２とを備える。このうち、ランプ本体２１は、例えば高圧水銀ランプ等のランプ光源からなり、略白色の光源光を発生する。また、凹面鏡２２は、ランプ本体２１から放射される光線を反射することにより、集光する光源光束ＳＬとして照明光形成ユニット３０の所定位置に入射させる。なお、楕円面の凹面鏡２２に代えて、放物面や球面、非球面などの各種凹面鏡を用いることができる。このような凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２２と照明光形成ユニット３０との間に集光レンズを配置すれば、光源装置２０から適当な収束角度で集光する光源光束ＳＬを射出させることが可能となる。

照明光形成ユニット３０は、光源装置２０からの光源光束ＳＬを特定偏光成分に変換するための偏光変換素子である偏光変換装置３１と、偏光変換装置３１の動作状態（具体的には照明光量）を変化させる回転駆動機構３２と、光源光束ＳＬを多数の部分光束に分離するロッドインテグレータ３３と、これら多数の部分光束を被照射対象上において重ね合わせる重畳レンズ３５とを備える。このうち、ロッドインテグレータ３３と重畳レンズ３５は、光束の面内照度分布を被照射対象上で均一化するための均一照明光学系として機能する。

偏光変換装置３１は、光源光束ＳＬを第１の偏光（具体的には、図２の紙面に垂直なＳ偏光）と、第２の偏光（具体的には、図２の紙面に平行なＰ偏光）とに成分分離する偏光ビームスプリッタ３１ａと、偏光ビームスプリッタ３１ａを透過した第２の偏光の偏光方向（すなわち紙面に平行）を第１の偏光の偏光方向（すなわち紙面に垂直）に揃える１／２波長板３１ｂと、１／２波長板３１ｂを経た第２の偏光（この場合、Ｓ偏光に揃えられている）を、自身の回転位置に応じた適当な反射率で反射する反射型偏光板３１ｃとを備える。

図２（ａ）及び（ｂ）は、偏光変換装置３１の構造を説明する拡大図平面図及び側面図である。このうち、偏光ビームスプリッタ３１ａは、誘電体多層膜からなる偏光分離膜３７を内蔵するプリズム型の偏光分離素子であり、その第１射出面ＥＳ１は、ロッドインテグレータ３３の入射端面３３ａの半分すなわち第１部分領域ＰＡ１に接合されている。この偏光ビームスプリッタ３１ａは、光源光束ＳＬのうちＰ偏光を透過させＳ偏光を反射する。つまり、偏光ビームスプリッタ３１ａの偏光分離膜３７で反射されたＳ偏光は、第１射出面ＥＳ１及び第１部分領域ＰＡ１を経てロッドインテグレータ３３内部に第１部分Ｌ１として入射する。一方、偏光ビームスプリッタ３１ａの偏光分離膜３７を透過したＰ偏光は、第２射出面ＥＳ２を経て偏光ビームスプリッタ３１ａ外、すなわち１／２波長板３１ｂに第２部分Ｌ２として射出される。

１／２波長板３１ｂは、偏光ビームスプリッタ３１ａの第２射出面ＥＳ２に接合されている。この１／２波長板３１ｂは、その光学軸が適当な方向に設定されており、第２射出面ＥＳ２を経て偏光ビームスプリッタ３１ａ外に射出されたＰ偏光の第２部分Ｌ２をＳ偏光に変換する。

反射型偏光板３１ｃは、透明なカラス基板の表面ＳＡ上に微細なストライプ状の導体アレイを形成したワイヤグリッド偏光子（反射素子）であり、例えば導体アレイが紙面に垂直なＡＢ方向に延びる場合、１／２波長板３１ｂを経たＳ偏光の第２部分Ｌ２をほぼ完全に反射する。一方、導体アレイが紙面に平行なＣＤ方向に延びる場合、１／２波長板３１ｂを経たＳ偏光の第２部分Ｌ２をほぼ完全に透過させる。つまり、反射型偏光板３１ｃを支持軸ＲＡのまわりに適宜回転させてその回転位置である姿勢を調節するだけで、反射型偏光板３１ｃによる第２部分Ｌ２の反射率を略０％から略１００％の範囲で安定して確実に変化させることができる。なお、反射型偏光板３１ｃで反射され部分的に減光されたＳ偏光すなわち第２部分Ｌ２’は、第２部分領域ＰＡ２を経てロッドインテグレータ３３内部に入射する。一方、反射型偏光板３１ｃを透過したＳ偏光すなわち不要光については、適当な吸光材や遮蔽体に導かれて、迷光の発生が防止される。

以上の説明において、反射型偏光板３１ｃとして用いられるワイヤグリッド偏光子は、例えば特表２００３−５０２７０８号公報、特表２００３−５１９８１８号公報等に開示されたものと同様の無機の反射型偏光板であり、広い波長帯域に亘って少ないロスで偏光分離を行うことができる。

なお、反射型偏光板３１ｃとして、ワイヤグリッド偏光子に代えて、例えば特表平９−５０６９８４号公報、特開平１０−３０７８号公報等に開示された有機の偏光分離反射板を用いることもできる。このような有機の偏光分離反射板は、例えば異なった高分子材料を交互に積層しこれを一方向に延伸したものからなり、高分子材料の一方が延伸によって屈折率異方性を生じするものであれば、反射型の偏光分離が可能になる。この場合も、ワイヤグリッド偏光子の場合と同様に、偏光分離反射板を垂直軸のまわりに適宜回転さえることで、ロッドインテグレータ３３に入射させるべきＳ偏光である第２部分Ｌ２’の光量を正確に調節することができる。

以上のようにして、偏光ビームスプリッタ３１ａから第１部分領域ＰＡ１を介してロッドインテグレータ３３内に入射した第１部分Ｌ１と、反射型偏光板３１ｃから第２部分領域ＰＡ２を介してロッドインテグレータ３３内に入射した第１部分Ｌ２’とは、ロッドインテグレータ３３内でＳ偏光のまま合波され、均一化される。

図１に戻って、回転駆動機構３２は、ステッピングモータ等からなり、反射型偏光板３１ｃを面内で所望の角度方向に回転させる。つまり、回転駆動機構３２は、反射型偏光板３１ｃを裏面側から支持しつつ、反射型偏光板３１ｃの垂直軸のまわりの回転位置を微小な刻み角度で変化させる。これにより、図２でも説明したように、光源光束ＳＬのうち第２部分Ｌ２を全面的に反射したり、全面的に透過させることができ、さらに、これらの中間段階で透過率を調整することができる。つまり、反射型偏光板３１ｃを経てロッドインテグレータ３３内に入射する第１部分Ｌ２’の光量は、略ゼロから第１部分Ｌ１の光量程度まで変化する。これにより、理論上は、光源光束ＳＬを略５０％だけＳ偏光にしたものから全てＳ偏光にしたものをロッドインテグレータ３３に入射させることができる。

ロッドインテグレータ３３は、四角柱のガラス棒からなり、その４側面３３ｂでの内面反射によって、入射した光を分割しつつ一端から他端に伝搬する。つまり、偏光変換装置３１を経て単一の偏光成分に変換された光は、ロッドインテグレータ３３を経て多数の部分光束に分割される。重畳レンズ３５は、ロッドインテグレータ３３を経た光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、ロッドインテグレータ３３と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する分割照明系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの画像形成領域を均一に重畳照明する。なお、ロッドインテグレータ３３の横断面形状は、投射画像の縦横比に対応するものとなっており、上記液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの各被照射領域を均一かつ効率的に照明できるようになっている。

分割照明系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅと、フィールドレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒと、レンズ４５ａ，４５ｂとを備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを含んで構成される色分離光学系は、照明光を赤色光、緑色光、及び青色光の３つの光束に分離する。すなわち、入射側に設けた第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、第１ダイクロイックミラー４１ａの透過光ＬＧ，ＬＲの光路上に配置されており、両色光ＬＧ，ＬＲのうち緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。

この分割照明系４０において、光源装置２０から照明光形成ユニット３０を経て射出される照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａ、レンズ４５ａ、及び反射ミラー４２ｂ，４２ｃを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して反射ミラー４２ｄ及びレンズ４５ｂを経た色光ＬＧ，ＬＲのうち第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれ、反射ミラー４２ａを経てフィールドレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを透過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｅを経てフィールドレンズ４３ｒに入射する。

ここで、レンズ４５ａ，４５ｂを含んで構成されるリレー光学系は、照明光形成ユニット３０に設けた重畳レンズ３５による像を、射出側のフィールドレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。なお、第１のレンズ４５ａは、青色光ＬＢ専用のものとなっており、第２のレンズ４５ｂは、緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲ兼用のものとなっている。

光変調部５０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒと、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｇと、偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、対応する偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。

この光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、リレー用のレンズ４５ａとフィールドレンズ４３ｂとを介して液晶パネル５１ｂの画像形成領域に入射する。リレー用のレンズ４５ｂを経て第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、フィールドレンズ４３ｇを介して液晶パネル５１ｇの画像形成領域に入射する。リレー用のレンズ４５ｂを経て第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの画像形成領域に入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒ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、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒによって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム６０は色合成光学系であり、その内部には、青色光反射用の第１ダイクロイック膜（具体的には誘電体多層膜）６１と、赤色光反射用の第２ダイクロイック膜（具体的には誘電体多層膜）６２とが、Ｘ字状に配置されている。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｂからの青色光ＬＢを第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ７０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。

図３は、図１のプロジェクタ１０の信号処理回路の一部を説明するブロック図である。図示の部分回路は、信号入力部８１と、明るさ制御信号生成部８２と、階調信号形成部８３と、パネルドライバ８４と、偏光板駆動信号形成部８５とを備える。信号入力部８１には、ビデオ信号、デジタル画像信号等の各種映像信号が入力される。信号入力部８１では、アナログ映像信号からデジタル映像信号に変換するなど、このプロジェクタ１０での画像処理に適した映像信号への変換が行われる。明るさ制御信号生成部８２は、デジタル映像信号等に変換された映像信号から明るさ制御信号を生成する。この明るさ制御信号は、映像信号の種類や輝度範囲に基づいて算出されるものであり、光源装置２０から射出させる照明光の強度を投射画像に合わせて適当に調節するためのものである。階調信号形成部８３は、明るさ制御信号等に基づいて映像信号を適当な階調範囲に伸張する。このように適当に伸張された映像信号は、パネルドライバ８４に入力され、パネルドライバ８４によって各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの表示制御が行われる。一方、偏光板駆動信号形成部８５は、明るさ制御信号に基づいて回転駆動機構３２のステッピングモータ等を適宜動作させるための駆動信号を形成する。なお、回転駆動機構３２は、駆動信号に駆動されて反射型偏光板３１ｃを明るさ制御信号に対応する角度方向に回転させ、ロッドインテグレータ３３に入射させる光源光束ＳＬの光量割合すなわち、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの照明光量を明るさ制御信号に対応する状態に調節することができる。

以上の説明において、図３の信号処理回路は、映像信号に応じて各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの照明光量の調節等を行うものであったが、プロジェクタ１０を操作するユーザが照明光量を直接調節できるようにしてもよく、プロジェクタ１０が設置される環境（明るさ）に応じて照明光量を自働調節できるようにしてもよい。

以下、本実施形態に係るプロジェクタ１０の動作について説明する。光源装置２０からの照明光は、照明光形成ユニット３０を経て偏光方向が揃えられ均一化された後、分割照明系４０に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって色分割され、対応する液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒに各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲを２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒで変調された各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、適当な倍率でスクリーンに投影される。

なお、本プロジェクタ１０では、映像信号の種類や輝度範囲に基づいて照明光形成ユニット３０等を動作させて、光源装置２０から射出させる照明光の強度を調節しつつ液晶パネル５１ｂ，５１ｇ，５１ｒの階調を制御することができるので、投射する映像の種類や使用環境に応じた明るさの設定が可能になり、画像の表現力を高めることができる。

〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係るプロジェクタの要部を説明する図である。本実施形態のプロジェクタ１０は、図１に示す第１実施形態のプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態のプロジェクタ１０と同一の構造を有し、また、共通する部分については同一の符号を付して重複説明を省略するものとする。

図４に示す照明光形成ユニット１３０は、偏光変換装置１３１と、回転駆動機構１３２と、ロッドインテグレータ３３と、重畳レンズ（不図示）とを備える。このうち、偏光変換装置１３１は、図１に示す反射型偏光板３１ｃの代わりに、偏光ビームスプリッタ１３１ｃを備える。これに対応して、回転駆動機構１３２は、偏光ビームスプリッタ１３１ｃを紙面に垂直な支持軸ＲＡ’のまわりに回転させる。

この偏光ビームスプリッタ１３１ｃは、透明なカラス基板の表面ＳＡ上に誘電体多層膜からなる偏光分離膜を形成した斜め入射型偏光子であり、１／２波長板３１ｂを経たＳ偏光すなわち偏光分離膜に平行な偏光成分の第２部分Ｌ２をほぼ完全に反射することができる。一方、偏光ビームスプリッタ１３１ｃを図示の状態から紙面に垂直な回転軸のまわりに時計方向又は反時計方向に回転させた場合、第２部分Ｌ２の反射率が徐々に減少するようになっている。なお、偏光ビームスプリッタ１３１ｃの回転角があまり大きくなると、偏光ビームスプリッタ１３１ｃからの反射光がロッドインテグレータ３３に結合されず、或いはロッドインテグレータ３３の側面３３ｂで内面反射されなくなって、光量制御が容易でなくなるので、偏光ビームスプリッタ１３１ｃの回転角は、正確な光量制御が可能な一定角度範囲とする。

本実施形態の場合も、第１実施形態のように反射型偏光板３１ｃを用いた場合と同様に、偏光ビームスプリッタ１３１ｃを適宜回転させることで、ロッドインテグレータ３３に入射させるＳ偏光の第２部分Ｌ２’の光量を増減調節することができる。

なお、この発明は、上記の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。

すなわち、ロッドインテグレータ３３の断面形状は、図２（ｂ）等に示すように縦横比９：１６に限らず、３：４等、多様に設定することができる。この場合、ロッドインテグレータ３３に固定する偏光ビームスプリッタ３１ａや、偏光ビームスプリッタ３１ａの第２射出面ＥＳ２に対向配置される反射型偏光板３１ｃ等の形状及び寸法も、ロッドインテグレータ３３に結合すべき照明光の光量損失が大きくならないように適宜調節する。

また、ロッドインテグレータ３３の横断面形状は、軸方向に沿って変化するものとすることができる。つまり、テーパ状に断面サイズが変化するロッドインテグレータを用いることができる。

また、１／２波長板３１ｂは、偏光ビームスプリッタ３１ａの第２射出面ＥＳ２ではなく、ロッドインテグレータ３３の入射端面３３ａに貼り付けることができる。この場合、反射型偏光板３１ｃの基準位置を９０°回転させた回転位置とすることで同様の動作を達成することができる。

また、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、液晶パネル等を含むライトバルブ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イ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ルのみによっ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。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。（ａ）及び（ｂ）は、図１の偏光変換装置の構造を説明する拡大図平面図及び側面図である。図１のプロジェクタの信号処理回路を説明するブロック図である。第２実施形態に係るプロジェクタの要部を説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、２０…光源装置、２１…ランプ本体、２２…凹面鏡、３０…照明光形成ユニット、３１…偏光変換装置、３１ａ…偏光ビームスプリッタ、３１ｂ…１／２波長板、３１ｃ…反射型偏光板、３２…回転駆動機構、３３…ロッドインテグレータ、３３ａ…入射端面、３３ｂ…側面、３５…重畳レンズ、４０…分割照明系、４１ａ…第１ダイクロイックミラー、４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ…反射ミラー、４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ…フィールドレンズ、５０…光変調部、５１ｂ，５１ｇ，５１ｒ…液晶パネル、５２ｂ，５２ｇ，５２ｒ…偏光フィルタ、６０…クロスダイクロイックプリズム、７０…投射レンズ、８２…制御信号生成部、８３…階調信号形成部、８５…偏光板駆動信号形成部、ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…各色光、ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３光路、ＳＬ…光源光束

Claims

光源と、前記光源から射出された光を変調する光変調装置と、前記光源から射出された光束の面内照度分布を前記光変調装置の位置付近で均一化する均一照明光学系と、前記光変調装置によって変調された光を投射する投射光学系と、を備え、
前記均一照明光学系は、側面側に反射面を備えたロッドを有し、
前記ロッドは、前記反射面で光を反射することによって、前記光源から射出された光束を複数の部分光束に分離してなり、
前記光源と前記ロッドとの間の光路中には、偏光変換素子が設けられ、
前記偏光変換素子は、前記光源から射出された光を互いに偏光方向が直交する第１及び第２の偏光に分離して、前記第１の偏光を前記ロッドの側へ射出する偏光分離素子と、前記偏光分離素子から射出された前記第２の偏光のうち少なくとも一部を反射して前記ロッドの側へ射出する反射素子と、前記偏光分離素子から射出される前記第１の偏光と、前記反射素子から射出される前記第２の偏光との偏光方向を揃える位相差板と、を有してなるプロジェクタであって、
前記反射素子は、反射型偏光素子によって構成され、
前記反射型偏光素子は、当該反射型偏光素子の姿勢を変化させる回転駆動機構に支持されている
ことを特徴とするプロジェクタ。
前記反射型偏光素子は、反射型偏光板であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
前記反射型偏光板は、ワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
前記回転駆動機構は、前記反射型偏光板を裏面側から支持しつつ、前記反射型偏光板に垂直な支持軸のまわりの回転位置を変化させることを特徴とする請求項２及び請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記反射型偏光素子は、多層膜を含む偏光分離膜を備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
前記回転駆動機構は、前記反射型偏光素子に入射する前記第２の偏光の光軸に対する前記偏光分離膜の傾斜角度を変化させることを特徴とする請求項５記載のプロジェクタ。
前記ロッドは、第１部分領域と第２部分領域とを有する入射端面を備え、前記偏光分離素子は、前記第１部分領域に接続されるとともに当該前記第１部分領域を介して前記ロッド内に前記第１の偏光を射出する第１射出面と、前記第２の偏光を射出する第２射出面とを有する偏光ビームスプリッタであり、前記反射型偏光素子は、前記偏光ビームスプリッタの前記第２射出面からの射出光のうち所定の偏光成分を反射して、前記ロッドの前記第２部分領域に入射させ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。