JP5768428B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクターに関する。

従来から、液晶プロジェクターの１つとして反射型のプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。反射型のプロジェクターは、例えば、照明光学系、ワイヤーグリッド素子、反射型の液晶パネル、及び投写光学系により構成される。

照明光学系から出射された光は、偏光分離素子を経由して液晶パネルに入射する。液晶パネルに入射した光は、変調されるとともに液晶パネルで反射する。液晶パネルで反射した光は、偏光分離素子に再度入射して、画像を示す偏光と反転画像を示す偏光とに分離される。画像を示す偏光が投写光学系によりスクリーン等に投写されることにより、画像が表示される。

反射型の液晶パネルは、コントラスト比を向上させる上で有利な垂直配向モード（以下、ＶＡモードという）の液晶層を含んで構成されることがある。ＶＡモードの液晶層は、所定の方向にプレチルトが付与されて、配向性が設定されていることが多い。液晶層にプレチルトが付与されていると、ディスクリネーションの発生を抑制することができるが、一方で、電界が印加されていない状態の液晶層に屈折率異方性が生じてしまう。

この屈折率異方性を打ち消すには、液晶層との併せて屈折率が等方性になるように光学補償板を設けるとよい。また、液晶層の配向軸を調整することによって、電界が印加されていない状態の液晶層の屈折率異方性を減らす技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、１対の基板間に液晶層が挟持された構造の液晶パネルにおいて、液晶層の配向軸を、１対の基板のうちの一方の基板側と他方の基板側とで異ならせている。

特開２００４−４６１５６号公報 特開２００７−２１２９９７号公報

プロジェクターは、さらなるコントラスト比の向上が期待されており、上記のようなプロジェクターにも改善の余地がある。例えば、液晶パネルは、製造誤差等に起因して、液晶層の配向軸が所定の方向からずれていることがある。液晶層の配向軸が所定の方向からずれていると、偏光板やワイヤーグリッド素子等の光学的な軸と液晶層の配向軸との相対的な回転角が所定の回転角からずれてしまう。結果として、投写光学系によって投写される光に含まれる反転画像を示す偏光の割合が増加し、投写された画像のコントラスト比の低下してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、液晶パネルやワイヤーグリッド素子等の光学要素の光学的な軸の相対的な回転角がずれることによるコントラスト比の低下を抑制可能なプロジェクターを提供することを目的とする。

本発明のプロジェクターは、照明光学系と、前記照明光学系から出射された光が入射する位置に配置された入射側偏光板と、前記照明光学系から出射されて前記入射側偏光板を通った光が入射する位置に配置されたワイヤーグリッド素子と、前記ワイヤーグリッド素子を透過した光が入射する位置に配置された反射型の液晶パネルと、前記液晶パネルで変調されるとともに反射して前記ワイヤーグリッド素子へ入射した光のうち前記ワイヤーグリッド素子で反射した光が入射する位置に配置された出射側偏光板と、を備え、前記液晶パネルの液晶層の液晶分子のダイレクターを前記液晶層の厚み方向と直交する面に射影した方向に平行な配向軸と、前記液晶パネルの液晶層の厚み方向に直交する基準面に射影した前記入射側偏光板の透過軸及び前記ワイヤーグリッド素子の透過軸と、前記ワイヤーグリッドに射影し、さらに前記基準面に射影した前記出射側偏光板の透過軸とのそれぞれの軸の前記基準面に平行な基準方向からの回転角について、前記液晶層の配向軸の回転角φ_０、前記入射側偏光板の透過軸の回転角φ_１、前記ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角φ_２、前記出射側偏光板の透過軸の回転角のφ_３は、下記の式（１）ないし式（３）；
４４°≦φ０−φ２＜４５°、又は、４５°＜φ０−φ２≦４６° ・・・（１）
ｆ１≦φ_１≦ｆ２ ・・・（２）
ただし、ｆ１＝ ０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２−１４．４３５、
ｆ２＝−０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２＋１４．４３５
ｇ１≦φ _２ ≦ｇ２ ・・・（３）
ただし、ｇ１＝０．０６４×φ _２ ^３＋０．８４１×φ _２ ^２ ＋１．５２５×φ _２ −１．４６、
ｇ２＝０．０６４×φ _２ ^３−０．８４１×φ _２ ^２ ＋１．５２５×φ _２ ＋１．４６
のいずれも満たす。

上記のプロジェクターは、回転角φ_０ないしφ_３が式（１）ないし式（３）のいずれも満たすように設定されているので、コントラスト比の最小値が最大値の８０％以上になり、コントラスト比の低下を観察者に認識されないように抑制することができる。

本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。 本実施形態の画像形成系の構成を模式的に示す図である。 本実施形態の液晶パネルの構成を模式的に示す図である。 本実施形態の画像形成系の光学要素の第１の配置を示す図である。 入射側偏光板の透過軸の回転角、ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角を変化させて明表示の明るさの変化を調べたシミュレーションの結果を示す分布図である。 出射側偏光板の透過軸の回転角、ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角を変化させて明表示の明るさの変化を調べたシミュレーションの結果を示す分布図である。 本実施形態の画像形成系の光学要素の第２の配置を示す図である。 本実施形態の画像形成系の光学要素の第３の配置を示す図である。 本実施形態の画像形成系の光学要素の第４の配置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明に用いる図面中の構造の寸法や縮尺は、実際と異なることがある。

図１は、本実施形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図２は、本実施形態の画像形成系及び色合成部の構成を模式的に示す図である。図３は、液晶パネルの構成を模式的に示す図である。

図１に示すプロジェクター１は、照明光学系２、青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、赤用の画像形成系５、色合成部６、及び投写光学系７を備える。

照明光学系２は、青色光Ｌ１と緑色光Ｌ２と赤色光Ｌ３とを個別に出射することができる。各色用の画像形成系は、照明光学系２から出射された各色光と１対１の対応で設けられており、対応する色光を変調して各色の画像を形成することができる。色合成部６は、３系統の画像形成系で形成された３色の画像を示す光を合成することができる。投写光学系７は、色合成部６で合成された光を壁やスクリーン等の投写面に投写することができる。

本実施形態の照明光学系２は、光源部１０、インテグレーター光学系１１、及び色分離光学系１２を備える。光源部１０は、波長が４５０ｎｍ以上４９５未満の青色光Ｌ１、波長が４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ未満の緑色光Ｌ２、及び波長が６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の赤色光Ｌ３を含んだ白色光Ｌを出射することができる。インテグレーター光学系１１は、光源部１０から出射された白色光Ｌの照度を均一化し、また偏光状態を揃えることができる。色分離光学系１２は、インテグレーター光学系１１から出射された白色光Ｌを青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、及び赤色光Ｌ３に分離することができる。

本実施形態の光源部１０は、白色光を放射する光源ランプ１３、及び回転放物面状の反射面を有するリフレクター１４を備える。光源ランプ１３から放射された白色光は、リフレクター１４によって一方向に向って反射し、略平行な光線束となる。光源ランプ１３は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。リフレクター１４は、インテグレーター光学系１１へ入射する。リフレクター１４は、反射面が回転楕円面状であってもよく、この場合には、リフレクターから出射された白色光を平行化する平行化レンズが用いられることがある。

本実施形態のインテグレーター光学系１１は、第１レンズアレイ１５、第２レンズアレイ１６、偏光変換素子１７、及び重畳レンズ１８を備える。

第１レンズアレイ１５及び第２レンズアレイ１６は、それぞれ、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のマイクロレンズを有する。第１レンズアレイ１５のマイクロレンズは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のマイクロレンズは、光源部１０の光軸に直交する平面での形状が、後述する液晶パネル２７（図２参照）の画素領域３５と相似形状である。

偏光変換素子１７は、光源部１０の光軸と直交する平面に二次元的に配列された複数のセルを有する。偏光変換素子１７のセルは、第２レンズアレイ１６のマイクロレンズと１対１の対応で設けられている。複数のセルは、それぞれ、偏光ビームスプリッター膜（以下、ＰＢＳ膜という）、１／２位相板、及び反射ミラーを有する。

光源部１０から第１レンズアレイ１５へ入射した白色光Ｌは、マイクロレンズごとに集光され、複数の部分光束に分かれる。第１レンズアレイ１５の各マイクロレンズから出射された部分光束は、このマイクロレンズと対応する第２レンズアレイ１６のマイクロレンズに結像して、マイクロレンズに二次光源を形成する。第２レンズアレイ１６の各マイクロレンズから出射された部分光束は、このマイクロレンズと対応する偏光変換素子１７のセルに入射する。

偏光変換素子１７は、第２レンズアレイ１６と重畳レンズ１８との間の光路に配置されている。偏光変換素子１７の各セルへ入射した部分光束は、ＰＢＳ膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通り、他方の偏光と偏光状態が揃えられる。本実施形態において、偏光変換素子１７の各セルは、各セルへ入射した部分光束の偏光状態を、各画像形成系のワイヤーグリッド素子２６（後述する）に対するＰ偏光に揃えることができる。偏光変換素子１７の複数のセルから出射された複数の部分光束は、重畳レンズ１８で屈折することによって、各画像形成系の液晶パネル２７の画素領域３５にて重畳される。

色分離光学系１２は、第１ダイクロイックミラー２０、第２ダイクロイックミラー２１、第３ダイクロイックミラー２２、第１反射ミラー２３、及び第２反射ミラー２４を備える。第１ダイクロイックミラー２０は、赤色光Ｌ３が透過し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が反射する特性を有する。第２ダイクロイックミラー２１は、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性を有する。第３ダイクロイックミラー２２は、緑色光Ｌ２が反射し、かつ青色光Ｌ１が透過する特性を有している。第１ダイクロイックミラー２０及び第２ダイクロイックミラー２１は、互いに略直交するように、かつインテグレーター光学系１１の光軸と略４５°の角度をなすように配置されている。

色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの赤色光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー２１で反射し、次いで第１反射ミラー２３で反射して、赤用の画像形成系５へ入射する。色分離光学系１２へ入射した白色光Ｌのうちの青色光Ｌ１及び緑色光Ｌ２は、第１ダイクロイックミラー２０で反射し、次いで第２反射ミラー２４で反射した後に、第３ダイクロイックミラー２２へ入射する。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した緑色光Ｌ２は、第３ダイクロイックミラー２２で反射して、緑用の画像形成系４へ入射する。第３ダイクロイックミラー２２へ入射した青色光Ｌ１は、第３ダイクロイックミラー２２を透過して、青用の画像形成系３へ入射する。

青用の画像形成系３、緑用の画像形成系４、及び赤用の画像形成系５は、いずれも、ほぼ同じ構成である。本実施形態では、各画像形成系の構成について、緑用の画像形成系４を代表的に説明する。図２に示す緑用の画像形成系４は、入射側偏光板２５、ワイヤーグリッド素子２６、液晶パネル２７、及び出射側偏光板２８を備える。

色分離光学系１２から出射された緑色光Ｌ２は、入射側偏光板２５へ入射する。入射側偏光板２５は、透過軸２９に平行な直線偏光を通し、かつ透過軸２９と直交する吸収軸３０に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。色分離光学系１２から入射側偏光板２５へ入射した緑色光Ｌ２のうち、入射側偏光板２５を透過した緑色光Ｌ２は、ワイヤーグリッド素子２６へ入射する。

ワイヤーグリッド素子２６は、入射側偏光板２５からワイヤーグリッド素子２６へ入射する緑色光Ｌ２の進行方向に対して、略４５°の角度で傾斜して配置されている。本実施形態のワイヤーグリッド素子２６は、ガラス等からなる誘電体層３１と、誘電体層３１の表面又は表層に設けられて互いに平行に延びる複数の金属線３２とを有する。

ワイヤーグリッド素子２６は、金属線３２に直交する直線偏光が透過し、かつ金属線３２に平行な直線偏光が反射する特性を有する。換言すると、ワイヤーグリッド素子２６は、透過軸３３が金属線３２に直交し、かつ反射軸３４が金属線３２に平行である。入射側偏光板２５からワイヤーグリッド素子２６へ入射した緑色光Ｌ２のうち、ワイヤーグリッド素子２６を透過した緑色光Ｌ２は、液晶パネル２７へ入射する。

液晶パネル２７は、二次元的に配列された複数の画素Ｐを有する。本実施形態において、画素Ｐの２つの配列方向の一方はＸ方向とほぼ平行であり、画素Ｐの２つの配列方向の他方はＹ方向とほぼ平行である。以下の説明において、液晶パネルの画素の２つの配列方向のいずれにも直交する方向を液晶パネルの法線方向ということがある。液晶パネルの法線方向は、この液晶パネルの液晶層の厚み方向とほぼ平行である。

ワイヤーグリッド素子２６を透過した緑色光Ｌ２は、複数の画素Ｐが配列されている領域（画素領域３５）へ入射する。液晶パネル２７は、ワイヤーグリッド素子２６から液晶パネル２７へ入射する緑色光Ｌ２の進行方向に対して液晶層４２（図３参照）の厚み方向がほぼ平行になるように、配置されている。

ワイヤーグリッド素子２６から液晶パネル２７へ入射した緑色光Ｌ２は、液晶パネルで変調されるとともに反射して、液晶パネル２７への入射前と比較して進行方向が略１８０°変化する。液晶パネル２７から出射された緑色光Ｌ２は、ワイヤーグリッド素子２６へ再度入射する。

液晶パネル２７からワイヤーグリッド素子２６へ入射した緑色光Ｌ２のうちワイヤーグリッド素子２６で反射した緑色光Ｌ２は、出射側偏光板２８へ入射する。出射側偏光板２８は、透過軸３６に平行な直線偏光が透過し、かつ透過軸３６と直交する吸収軸３７に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。ワイヤーグリッド素子２６から出射側偏光板２８へ入射した緑色光Ｌ２のうち、出射側偏光板２８を透過した緑色光Ｌ２は、色合成部６へ入射する。

図３に示すように液晶パネル２７は、素子基板４０、対向基板４１、液晶層４２、及び補償板４３を備える。素子基板４０は、対向基板４１と対向して設けられている。液晶層４２は、素子基板４０と対向基板４１との間に封入されている。補償板４３は、対向基板４１に対して液晶層４２とは反対側に設けられている。

ワイヤーグリッド素子２６を透過して液晶パネル２７へ入射する緑色光Ｌ２は、補償板４３へ入射した後に対向基板４１を通り、次いで液晶層４２へ入射した後に素子基板４０で反射して折り返される。緑色光Ｌ２は、液晶層４２を通る間に変調され、液晶層から出射された後に対向基板４１へ入射し、次いで補償板４３を透過して液晶パネル２７から出射される。

素子基板４０は、シリコン基板やガラス基板を基体として構成される。シリコン基板を用いる場合には、いわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）になる。素子基板４０は、複数のゲート線４４、複数のソース線４５、複数の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴ４６という）、及び画素電極４７を備える。

複数のゲート線４４は、互いに平行に延びている。複数のソース線４５は、互いに平行に延びている。ゲート線４４は、ソース線４５と直交している。ゲート線４４が、ソース線４５と交差する部分ごとに、ＴＦＴ４６が設けられている。ゲート線４４は、ＴＦＴ４６のゲート電極と電気的に接続されている。ソース線４５は、ＴＦＴ４６のソース領域と電気的に接続されている。

液晶パネル２７の各画素Ｐは、ゲート線４４とソース線４５とに囲まれる部分に対応している。画素電極４７は、各画素Ｐと１対１の対応で設けられている。本実施形態の画素電極４７は、金属材料からなり、鏡面反射板を兼ねている。図３では、画素電極４７を切欠いて、画素電極４７の下地側を模式的に図示している。実際には、画素電極４７は、平坦化層や絶縁層を介してゲート線４４、ソース線４５、ＴＦＴ４６を被覆しており、画素Ｐの開口率が高められている。画素電極４７は、ＴＦＴ４６のドレイン領域と電気的に接続されている。画素電極４７を覆って、図示略の配向膜が設けられている。

対向基板４１は、ガラス基板等の透光性を有する基板を基体として構成されている。対向基板４１の液晶層４２側には、例えばインジウム錫酸化物等の透明導電材料からなる共通電極が設けられている。共通電極の液晶層４２側には、配向膜が設けられている。素子基板４０や対向基板４１に設けられる配向膜は、例えば斜方蒸着法等により形成された無機配向膜である。

液晶層４２は、例えばＶＡモードの液晶層により構成される。素子基板４０と対向基板４１とのセルギャップは、例えば２．０μｍ程度であり、このセルギャップに液晶材料が封入されて液晶層４２が構成されている。液晶材料は、誘電率異方性が負であり、複屈折性Δｎが例えば０．１２のものである。

液晶層４２は、電界が印加されていない状態での配向性が上記の配向膜によって規定されている。液晶層４２に含まれる液晶分子４８のダイレクターは、液晶層４２の厚み方向と直交する面（素子基板４０の基板面）に平行な方向となす角度（プレチルト角θ）が例えば８７°程度である。液晶層４２の配向軸４９は、液晶分子４８のダイレクターを液晶層４２の厚み方向に直交する平面へ正射影したベクトルに平行である。

補償板４３は、プレチルトによる液晶層４２の屈折率異方性を相殺し、電界が印加されていない状態の液晶層４２と補償板４３とを併せて屈折率異方性がなくなるように設けられている。補償板４３は、例えばネガのＣプレートにより構成される。補償板４３は、液晶層４２の厚み方向から見て配向軸４９を略１３５°回転した軸に平行な方向を回転軸とし、液晶層４２の厚み方向に直交する姿勢から回転軸周りに回転させた姿勢で配置されている。補償板４３は、液晶層４２の厚み方向に直交する面に対して略４．５°程度傾けて設けられている。

以上のような構成の液晶パネル２７において、ゲート線４４に選択パルスが供給されると、このゲート線４４に接続されたＴＦＴ４６がオンになる。ＴＦＴ４６がオンになった状態で、画素Ｐごとの階調値に応じたソース信号がソース線４５に供給され、ソース信号がＴＦＴ４６を経て画素電極４７に供給される。画素電極４７にソース信号が供給されると、この画素電極４７と共通電極との間に電界が印加され、この電界に応じて液晶層４２の液晶分子４８のダイレクターの方位角が画素Ｐごとに変化する。画素Ｐへ入射した緑色光Ｌ２は、この画素Ｐにおける液晶層４２の液晶分子４８のダイレクターの方位角に応じて偏光状態が変化する。

本実施形態では、任意の１画素Ｐにおける液晶層４２に電界が印加されていない状態で、この画素Ｐへ入射した緑色光Ｌ２は、ほぼ偏光状態が変化せずにＰ偏光のまま出射される。任意の１画素Ｐにおける液晶層４２に電界が印加されている状態で、この画素Ｐへ入射した緑色光Ｌ２は、画像データに規定された階調値に応じた比率で、ワイヤーグリッド素子２６に対するＰ偏光がＳ偏光へ変化する。すなわち、液晶層４２を通った緑色光Ｌ２のうちワイヤーグリッド素子２６に対するＳ偏光は、画像を示す光である。

図２の説明に戻り、色合成部６は、ダイクロイックプリズム等により構成されている。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造である。各三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムは、赤色光Ｌ３が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び青色光Ｌ１が透過する特性の波長選択膜と、青色光Ｌ１が反射し、かつ緑色光Ｌ２及び赤色光Ｌ３が透過する特性の波長選択膜とが互いに直交して上記の内面に形成された構造である。

ダイクロイックプリズムへ入射した緑色光Ｌ２は、波長選択面を透過してそのまま出射される。ダイクロイックプリズムへ入射した青色光Ｌ１及び赤色光Ｌ３は、波長選択面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光Ｌ２の出射方向と同じ方向に出射される。このように、３つの色光は、重ね合わされて合成され、フルカラーの画像を示す合成光となり投写光学系７へ入射する。この合成光が投写光学系７によって投写面上で結像することにより、投写面にフルカラーの画像が表示される。

ところで、上記の液晶パネル２７における液晶層４２の配向軸４９は、配向膜を形成するときの誤差等に起因して、所定の方向からずれていることがある。例えば、液晶パネルよりも大判の基板を利用して複数の液晶パネルを製造する場合等に、無機配向膜は、基板に斜方蒸着法等で形成されることがある。この場合に、この基板を利用して製造された複数の液晶パネルは、基板上の位置によって蒸着角度が変化することによって、液晶層の配向軸の方向がばらつくことがありえる。液晶層の配向軸の所定の方向からのずれ量（誤差）が大きくなるにつれて、液晶層から出射された光の偏光方向の所定の方向からのずれ量が大きくなる。結果として、ワイヤーグリッド素子で反射して投写される光に含まれる反転画像を示す光の割合が増加し、投写された画像のコントラスト比が低下してしまう。

本実施形態のプロジェクター１は、各画像形成系を構成する光学要素の光学的な軸の方向が次に説明するように設定されているので、配向軸４９が所定の方向からずれていることに起因するコントラスト比の低下を抑制することができる。

図４は、本実施形態の画像形成系の光学要素の第１の配置を示す図である。なお、図４には、３系統の画像形成系を代表して緑用の画像形成系４の光学要素について図示している。詳しくは、図４は、液晶パネルの法線方向において入射側偏光板２５から液晶パネル２７を見た入射側偏光板２５の透過軸２９、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３、液晶パネル２７の配向軸４９、及び出射側偏光板２８の透過軸３６のそれぞれの方向を示す平面図である。

図４中の出射側偏光板２８の透過軸３６は、ワイヤーグリッド素子２６で反射して出射側偏光板２８へ向かう緑色光Ｌ２の進行方向（Ｘ方向）と平行な方向にて、透過軸３６をワイヤーグリッド素子２６の表面に射影し、ワイヤーグリッド素子２６に射影された透過軸３６を、液晶パネル２７の法線方向と平行な方向にてさらに液晶パネル２７の画素領域３５に射影して、図示されている。なお、青用の画像形成系３及び赤用の画像形成系５についても同様である。

本実施形態において、各光学要素の光学的な軸の回転角は、液晶パネルの法線方向に直交する平面内の基準方向から反時計回りを正とした対象の軸までの回転角である。本実施形態において、上記の基準方向は、液晶パネル２７における画素Ｐの２つの配列方向の一方（Ｘ方向）としている。なお、１８０°以上３６０°未満の角度については、−１８０°以上０°未満の角度として扱う。

第１の配置において、液晶層４２の配向軸４９は、４５°よりも大きく９０°よりも小さい範囲と、−１３５°よりも大きく−９０°よりも小さい範囲とに存在している。すなわち、配向軸４９が基準方向に対してなす角度は、２つの値（４５°程度と−１３５°程度）をとりえる。本実施形態において、液晶層４２の配向軸４９回転角φ_０は、配向軸４９が基準方向に対してなす角度の２つの値のうち、配向軸４９と基準方向となす角度の絶対値が９０°未満になる方の値であるとする。

第１の配置において、入射側偏光板２５の透過軸２９は、−４５°よりも大きく０°よりも小さい範囲と、１３５°よりも大きく１８０°よりも小さい範囲とに存在している。本実施形態において、入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１は、透過軸２９が配向軸４９となす角度の２つの値のうち、絶対値が９０°未満になる方の値であるとする。

第１の配置において、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３は、基準方向とほぼ平行である。本実施形態において、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２は、透過軸３３が配向軸４９となす角度の２つの値（第１の配置では略０°と略１８０°）のうち、絶対値が９０°未満になる方の値であるとする。

第１の配置において、出射側偏光板２８の透過軸３６は、４５°よりも大きく９０°よりも小さい範囲と、−１３５°よりも大きく−９０°よりも小さい範囲とに存在している。本実施形態において、出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３は、透過軸３６が配向軸４９となす角度の２つの値のうち、絶対値が９０°未満になる方の値であるとする。

ところで、コントラスト比ＣＲは、最も暗い表示（以下、暗表示という）のときの画素の明るさＴ_Ｂに対する最も明るい明表示（以下、明表示という）のときの画素の明るさＴ_Ｗの比（Ｔ_Ｗ／Ｔ_Ｂ）である。上記の暗表示は、例えば２５６階調の画素値が０の場合の表示であり、上記の明表示は、例えば２５６階調の画素値が２５５の場合の表示である。

コントラスト比ＣＲは、回転角φ_０が４５°、かつ回転角φ_１が０°、かつ回転角φ_２が０°、かつ回転角φ_３が９０°であるときに、明表示の明るさＴ_Ｗが最大値Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ}になるとともに暗表示の明るさＴ_Ｂが最小値Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ}となり、最大値ＣＲ_ＭＡＸになる。プロジェクターは、コントラスト比ＣＲが最大値ＣＲ_ＭＡＸの８０％以上であれば、コントラスト比の低下を認識されにくい。

本実施形態のプロジェクター１は、回転角φ_０と回転角φ_１の差の絶対値が４５°でなく（｜φ_０−φ_２｜≠４５°）、明表示の明るさＴ_Ｗが下記の式（４）を満たし、かつ暗表示の明るさＴ_Ｂが下記の式（５）を満たすように、回転角φ_０に対して回転角φ_１ないしφ_３が設定されている。これにより、プロジェクター１は、明表示の明るさＴ_Ｗが最小値（０．９５×Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ}）であって、暗表示の明るさＴ_Ｂが最大値（Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ}）である場合でもコントラスト比ＣＲを最大値ＣＲ_ＭＡＸの８０％以上にすることができる。

０．９５×Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ}≦Ｔ_Ｗ≦ Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ} ・・・（４）
Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ}≦Ｔ_Ｂ≦１．２×Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ} ・・・（５）

本実施形態において、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２は、計測等によって求められる液晶層４２の配向軸４９の回転角φ_０に対して、下記の式（１）が成り立つように、設定されている。
４４°≦φ_０−φ_２＜４５°、
又は ４５°＜φ_０−φ_２≦４６°・・・（１）

明表示の明るさＴ_Ｗは、入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１と、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２との関係に依存する。

図５は、入射側偏光板の透過軸の回転角、ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角を変化させて明表示の明るさの変化を調べたシミュレーションの結果を示す分布図である。図５の分布図において、明表示の明るさＷは、明表示の明るさＴ_Ｗを最大値Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ}で規格化した値（Ｔ_Ｗ／Ｔ_{Ｗ＿ＭＡＸ}）である。

図５の分布図に示すように、明表示の明るさＷの等高線は、φ_１＝ｋ１×φ_２を満たす直線を長軸とする楕円状である。本願発明者は、上記の係数ｋ１が５．０程度であり、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２の変化に対して、入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１が敏感に変化することを見出した。図５に示す分布に基づくと、入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１が下記の式（２）を満たしていれば、明表示の明るさＴ_Ｗが上記の式（４）を満たすことが分かる。
ｆ１≦φ_１≦ｆ２ ・・・（２）
ただし、ｆ１＝ ０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２−１４．４３５、
ｆ２＝−０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２＋１４．４３５

暗表示の明るさＴ_Ｂは、出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ _３ と、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２との関係に依存する。

図６は、出射側偏光板の透過軸の回転角、ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角を変化させて明表示の明るさの変化を調べたシミュレーションの結果を示す分布図である。図６の分布図において、暗表示の明るさＢは、暗表示の明るさＴ_Ｂを最小値Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ}で規格化した値（Ｔ_Ｂ／Ｔ_{Ｂ＿ＭＩＮ}）である。

図６の分布図に示すように、暗表示の明るさＢの等高線は、φ _３ −９０°＝ｋ２×φ_２を満たす直線を長軸とする楕円状である。本願発明者は、上記の係数ｋ２が２．０程度であり、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２の変化に対して、出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３が、入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１とは異なる感度で、敏感に変化することを見出した。すなわち、図４に示したように、液晶パネル２７上に射影したときの入射側偏光板２５の透過軸２９と出射側偏光板２８の透過軸３６は、必ずしも直交しない。図６に示す分布に基づくと、出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３が下記の式（３）を満たしていれば、暗表示の明るさＴ_Ｂが上記の式（５）を満たすことが分かる。
ｇ１≦φ _３ −９０°≦ｇ２ ・・・（３）
ただし、ｇ１＝０．０６４×φ _２ ^３＋０．８４１×φ _２ ^２ ＋１．５２５×φ _２ −１．４６、
ｇ２＝０．０６４×φ _２ ^３−０．８４１×φ _２ ^２ ＋１．５２５×φ _２ ＋１．４６

図７は、本実施形態の画像形成系の光学要素の第２の配置を示す図である。
図７に示す第２の配置において、液晶層４２の配向軸４９の回転角φ_０は、０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲に設定されている。入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１は、０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲に設定されている。ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２は、略０°に設定されている。出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３は、９０°よりも大きく１３５°よりも小さい範囲に設定されている。第２の配置において、回転角φ_０ないしφ_３は、上記の式（１）ないし式（３）をいずれも満たすように、設定されている。

図８は、本実施形態の画像形成系の光学要素の第３の配置を示す図である。
図８に示す第２の配置において、液晶層４２の配向軸４９の回転角φ_０は、略４５°に設定されている。入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１は、−４５°よりも大きく０°よりも小さい範囲に設定されている。ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２は、−４５°よりも大きく０°よりも小さい範囲に設定されている。出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３は、４５°よりも大きく９０°よりも小さい範囲に設定されている。第３の配置において、回転角φ_０ないしφ_３は、上記の式（１）ないし式（３）をいずれも満たすように、設定されている。

図９は、本実施形態の画像形成系の光学要素の第４の配置を示す図である。
図９に示す第２の配置において、液晶層４２の配向軸４９の回転角φ_０は、略４５°に設定されている。入射側偏光板２５の透過軸２９の回転角φ_１は、０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲に設定されている。ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３の回転角φ_２は、０°よりも大きく４５°よりも小さい範囲に設定されている。出射側偏光板２８の透過軸３６の回転角φ_３は、９０°よりも大きく１３５°よりも小さい範囲に設定されている。第３の配置において、回転角φ_０ないしφ_３は、上記の式（１）ないし式（３）をいずれも満たすように、設定されている。

以上のような構成のプロジェクター１は、回転角φ_０ないしφ_３が上記の式（１）ないし式（３）をいずれも満たすように設定されているので、明表示の明るさＴ_Ｗが上記の式（４）を満たし、かつ暗表示の明るさＴ_Ｂが上記の式（５）を満たすようになり、コントラスト比ＣＲの最小値が最大値ＣＲ_ＭＡＸの８０％以上になる。したがって、プロジェクター１は、コントラスト比の低下を観察者に認識されないように抑制することができ、高品質な画像を表示することができる。

また、入射側偏光板２５の透過軸２９と、ワイヤーグリッド素子２６の透過軸３３と、出射側偏光板２８の透過軸３６の各方向を調整することによって、液晶層４２の配向軸４９のずれを補償することができ、液晶層４２の配向軸４９のずれ量（誤差）の許容範囲が広くなるので、液晶パネル２７の歩留まりを向上させることができ、結果としてプロジェクター１の製造コストを減らすことができる。

また、液晶層４２の配向軸４９のずれを、液晶パネル２７の姿勢を他の光学要素に対して変化させることによって補正する場合と比較して、表示された画像が回転しないので、例えば画像の回転を補正するための画像処理や光学系を用いる必要性が低くなる。

なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。

３系統の画像形成系のうちの少なくとも１系統の画像形成系において、液晶パネルの液晶層の配向軸の回転角φ_０、入射側偏光板の透過軸の回転角φ_１、ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角φ_２、出射側偏光板の透過軸の回転角φ_３が上記の式（１）ないし式（３）のいずれも満たすように設定されていればよい。例えば、緑色の画像形成系において上記の条件を満たしており、青色の画像形成系と赤色の画像形成系の少なくとも一方において上記の条件を満たしていなくてもよい。青色光Ｌ１、緑色光Ｌ２、赤色光Ｌ３のうちで、緑色光Ｌ２は、最も人間の視感度（人間の錐体細胞の光吸収率）が高い色光であるので、効果的にコントラスト比を向上させることができる。

上記の実施形態において、照明光学系２は、光源ランプ１３から出射された白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成であるが、その構成に限定はない。例えば、照明光学系は、各色の光を直接的に発光するレーザーダイオードや発光ダイオード等の固体光源を備え、各色用の固体光源から出射された各色の光により各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。

また、青色光又は紫外光を発光する固体光源と、この固体光源から出射された光源光を受けて光源光よりも長波長の光を出射する蛍光体とを備え、蛍光体から出射された光により画像形成系を照明する構成でもよい。この構成において、照明光学系は、固体光源から出射された光と蛍光体から出射された光とが合わさって白色光となり、この白色光を３色の光に色分離し、各色の光ごとに各色用の画像形成系を照明する構成でもよい。また、固体光源から出射された青色光をハーフミラーなどで複数の光線束に分離し、分離された１つの光線束により青用の画像形成系を照明するとともに、分離された他の光線束を蛍光体で色変換した光により他色用の画像形成を照明する構成でもよい。

上記の実施形態では、３板式のプロジェクターを説明しているが、上記のプロジェクターは、例えばフィールドシーケンシャル方式等の単板式のプロジェクターでもよい。上記の実施形態のプロジェクターは、ヘッドマウントディスプレイやヘッドアップディスプレイなどにも利用できる。

１・・・プロジェクター、２・・・照明光学系、２５・・・入射側偏光板、２６・・・ワイヤーグリッド素子、２７・・・液晶パネル、２８・・・出射側偏光板、２９・・・入射側偏光板の透過軸、３３・・・ワイヤーグリッド素子の透過軸、３６・・・出射側偏光板の透過軸、４２・・・液晶層、４９・・・液晶層の配向軸、φ_０・・・液晶層の配向軸の回転角、φ_１・・・入射側偏光板の透過軸の回転角、φ_２・・・ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角、φ_３・・・出射側偏光板の透過軸の回転角

Claims (1)

1. 照明光学系と、
   前記照明光学系から出射された光が入射する位置に配置された入射側偏光板と、
   前記照明光学系から出射されて前記入射側偏光板を通った光が入射する位置に配置されたワイヤーグリッド素子と、
   前記ワイヤーグリッド素子を透過した光が入射する位置に配置された反射型の液晶パネルと、
   前記液晶パネルで変調されるとともに反射して前記ワイヤーグリッド素子へ入射した光のうち前記ワイヤーグリッド素子で反射した光が入射する位置に配置された出射側偏光板と、を備え、
   前記液晶パネルの液晶層の液晶分子のダイレクターを前記液晶層の厚み方向と直交する基準面に射影した方向に平行な配向軸と、前記液晶パネルの液晶層の厚み方向に直交する基準面に射影した前記入射側偏光板の透過軸及び前記ワイヤーグリッド素子の透過軸と、前記ワイヤーグリッドに射影し、さらに前記基準面に射影した前記出射側偏光板の透過軸とのそれぞれの軸の前記基準面に平行な基準方向からの回転角について、前記液晶層の配向軸の回転角φ_０、前記入射側偏光板の透過軸の回転角φ_１、前記ワイヤーグリッド素子の透過軸の回転角φ_２、前記出射側偏光板の透過軸の回転角のφ_３は、下記の式（１）ないし式（３）；
   ４４°≦φ _０ −φ _２ ＜４５°、又は、４５°＜φ _０ −φ _２ ≦４６° ・・・（１）
   ｆ１≦φ_１≦ｆ２ ・・・（２）
   ただし、ｆ１＝ ０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２−１４．４３５、
   ｆ２＝−０．１９１×φ_２ ^２＋０．９８６×φ_２＋１４．４３５
   ｇ１≦φ _３ −９０°≦ｇ２ ・・・（３）
   ただし、ｇ１＝０．０６４×φ_２ ^３＋０．８４１×φ_２ ^２＋１．５２５×φ_２−１．４６、
   ｇ２＝０．０６４×φ_２ ^３−０．８４１×φ_２ ^２＋１．５２５×φ_２＋１．４６
   のいずれも満たすプロジェクター。

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