JP5862393B2 - プロジェクター - Google Patents

Description

本発明は、画素をシフトさせて、画素数を擬似的に向上させた画像を投射するプロジェクターに関する。

プロジェクターとして、複屈折現象を利用して、画素数を擬似的に向上させる技術を用いたものが知られている。例えば、電源をオン・オフさせることによって通過する光の偏光状態を切り替える偏光変調素子と、複屈折性を利用して特定の偏光成分をその光路を空間的に変調（シフト）させて通過させるとともに、他の偏光成分をその光路を変調（シフト）させないで通過させる複屈折板とで構成される光路変調手段を付加したプロジェクターが公知となっている（特許文献１参照）。このプロジェクターでは、光路変調手段に設けた偏光変調素子の切替動作を画像表示素子の表示タイミングと同期させることによって、通常の２倍の画素数で表示を行うことができる。

しかし、特許文献１の光路変調手段に例示されるような光路変調によって画素のシフトを行う機構において、一部の光が反射され、画像表示素子等の画像を形成する側に戻ってしまうと、当該一部の光が意図しない方向に向かう成分（例えば画像光の投射側に向かう成分）となって、ゴーストの発生やＡＮＳＩコントラストの低下といった画質の劣化を引き起こす原因となる。

特開２００３−５１３２号公報

そこで、本発明は、画素をシフトさせて画素数を擬似的に向上させることができるプロジェクターであって、意図しない反射光に起因するゴーストの発生やＡＮＳＩコントラストの低下といった画質の劣化を抑制できるプロジェクター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ーは、（ａ１）照明光を変調して画像光を形成する液晶素子と、（ａ２）液晶素子の光射出側に配置され画像光を直線偏光の状態で射出させる光射出側偏光板とを有する（ａ）光変調部と、（ｂ）光変調部の後段に配置され、光射出側偏光板から射出された画像光の偏光状態を円偏光又は楕円偏光の状態にする第１の位相差板と、（ｃ）第１の位相差板の後段に配置され、第１の位相差板から射出された画像光の偏光状態を制御信号に応じて切り替える偏光切替液晶パネルと、（ｄ）偏光切替液晶パネルの後段に配置され、偏光切替液晶パネルから射出された画像光の偏光状態を直線偏光の状態にする第２の位相差板と、（ｅ）第２の位相差板の後段に配置され、第２の位相差板から射出された画像光のうち偏光切替液晶パネルの特定の切替状態に対応する偏光方向の成分を選択的に屈折させる複屈折性基板と、を備える。

上記プロジェクターによれば、切替液晶パネルと、第２の位相差板と、複屈折性基板とによって、光路のシフトすなわち画素のシフトが可能になり、画素数を擬似的に向上させた表示が可能になる。以上の表示に際して、第１の位相差板において、光射出側偏光板を経て直線偏光の状態にある画像光を円偏光又は楕円偏光の状態にすることができる。これにより、画像光のうち、偏光切替液晶パネルで反射された光は、再度、第１の位相差板を逆進することになり、当該第１の位相差板を逆進して通過した後の光は、光射出側偏光板において吸収されやすい偏光状態のもの、具体的には光射出側偏光板の透過軸である偏光軸に直交する偏光成分を含むものになる。従って、当該成分に起因するゴーストの発生やＡＮＳＩコントラストの低下が抑制され、高画質な画像が形成される。

本発明の具体的な態様又は観点では、第１の位相差板が、λ／４位相差板であり、光射出側偏光板の透過軸方向に対して遅相軸を４５°とするように配置され、光射出側偏光板から入射した画像光の偏光状態を円偏光の状態に変換する。この場合、第１の位相差板を通過した画像光が円偏光となり、その後の取り扱いが容易になる。

本発明の別の観点では、第２の位相差板が、λ／４位相差板であり、偏光切替液晶パネルから入射した画像光の偏光状態を直線偏光の状態に変換する。この場合、第２の位相差板を通過した画像光が偏光切替液晶パネルの動作状態に応じて直交する２方向の偏光状態に切り替わるので、画素のシフトを行っている画像と画素のシフトを行っていない画像とをバランス良く分離して表示させることができる。

本発明のさらに別の観点では、第２の位相差板が、遅相軸を光射出側偏光板の透過軸方向に対して垂直方向又は平行方向とするように配置される。この場合、画素のシフトが垂直方向と平行方向との間の斜め方向となり、画素の補間について方向的な偏りをなくすことができる。

本発明のさらに別の観点では、光変調部が、各色の照明光に応じて色ごとの画像光をそれぞれ形成する各色用の複数の液晶素子と、当該複数の液晶素子に対応してそれぞれ設けられ画像光を直線偏光の状態で射出させる複数の光射出側偏光板とで構成され、光変調部と第１の位相差板との間に配置され、複数の液晶素子で形成され複数の光射出側偏光板を通過した各色の画像光を合成して第１の位相差板に入射させる合成プリズムをさらに備える。この場合、複数の液晶素子によって明るいカラー画像の投射が可能になり、かつ、解像度を高めた高品位の画像の投射が可能になる。

本発明のさらに別の観点では、プロジェクターが、１組の第１の位相差板、偏光切替液晶パネル、第２の位相差板、及び複屈折性基板を有して第１方向への光路シフトを選択的に行う第１の光路切替部分と、第１の光路切替部分の後段に配置され、別の１組の第１の位相差板、偏光切替液晶パネル、第２の位相差板、及び複屈折性基板を有して第１方向と異なる第２方向への光路シフトを選択的に行う第２の光路切替部分と、を有する。この場合、第１方向、第２方向、及び第１方向と第２方向との中間方向の３方向へのシフトが可能となり、通常の４倍の画素数で表示を行うことができる。

第１実施形態のプロジェクターの光学系を説明する図である。 図１のプロジェクターの光路切替装置の構造を説明する部分拡大である。 光路切替装置の役割を説明する斜視図である。 図１のプロジェクターによって投射される画像を説明する概念図である。 第２実施形態のプロジェクターを説明する部分拡大図である。 図５のプロジェクターによって投射される画像を説明する概念図である。 第３実施形態のプロジェクターを説明する図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明に係るプロジェクターの第１実施形態の光学系を説明する概念図である。

本プロジェクター１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を青緑赤の３色に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３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２５と、光変調部２５から射出された各色の像光を合成する合成プリズムであるクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を通過した像光の光路を微小シフトさせる光路切替装置２８と、光路切替装置２８を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ２９とを備える。

なお、ここでは、プロジェクター１０全体におけるシステム光軸ＳＡを含む面をプロジェクター１０の基準面とする。図示において、基準面はＸＺ面に平行な面である。

以上のプロジェクター１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２１ｂと、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプ等であるランプ本体２２ａと、光源光を回収して前方に射出させる凹面鏡２２ｂとを備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａからの光源光を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡２２ｂが放物面鏡である場合には、省略することもできる。一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅは、マトリ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凹レンズ２１ｂを通過した光源ランプ２１ａ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２１ｇは、詳細は省略するが、ＰＢＳ及びミラーを組み込んだプリズムアレイと、当該プリズムアレイに設けた射出面上にストライプ状に貼り付けられる波長板アレイとを備える。この偏光変換部材２１ｇは、レンズアレイ２１ｅから射出した光源光を例えば図１の紙面に垂直（より具体的には、後述するクロスダイクロイックプリズム２７の第１ダイクロミラー２７ａと第２ダイクロミラー２７ｂの交線に平行）な第１偏光方向の直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることにより、光変調部２５に設けた各色の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系２３を通って、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃを均一に重畳照明する。

色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダイクロイックミラー２３ａは、青緑赤の３色のうち例えば青（Ｂ）色を透過させ、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）色を反射する。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した緑赤の２色のうち例えば緑（Ｇ）色を反射し、赤（Ｒ）色を透過させる。これにより、光源光を構成するＢ光、Ｇ光、及びＲ光は、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３にそれぞれ導かれ、異なる照明対象にそれぞれ入射する。具体的に説明すると、光源装置２１からの光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラー２３ａに入射する。この第１ダイクロイックミラー２３ａを通過したＢ光は、反射ミラー２３ｍを経て、液晶ライトバルブ２５ａに対向するフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイクロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射されたＧ光は、液晶ライトバルブ２５ｂに対向するフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過したＲ光は、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、液晶ライトバルブ２５ｃに対向するフィールドレンズ２３ｈに入射する。なお、各フィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈは、各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃに入射する照明光の入射角度を調節する機能を有する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼそのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を有する。

光変調部２５は、上記した各色用の３つの光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して、３つの液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備える。各液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。

ここで、第１光路ＯＰ１に配置されたＢ色用の液晶ライトバルブ２５ａは、液晶表示装置である液晶素子を具体化したものであり、Ｂ光によって照明される液晶パネル２６ａと、液晶パネル２６ａの入射側に配置される光入射側偏光板２５ｅと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される光射出側偏光板２５ｈとを備える。この液晶ライトバルブ２５ａは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｆの後段に配置されており、第１ダイクロイックミラー２３ａを透過したＢ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ａにおいて、光入射側偏光板２５ｅは、入射したＢ光について、紙面に垂直な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ａに導く。ここで、第１偏光方向は、上述のようにクロスダイクロイックプリズム２７の第１ダイクロミラー２７ａと第２ダイクロミラー２７ｂとの交線に平行な方向を意味する。液晶パネル２６ａは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に平行な第２偏光方向の直線偏光に変換する。ここで、第２偏光方向は、クロスダイクロイックプリズム２７の第１ダイクロミラー２７ａと第２ダイクロミラー２７ｂとの交線に垂直な方向を意味する。光射出側偏光板２５ｈは、液晶パネル２６ａを経て変調された第２偏光方向の直線偏光のみを選択的に透過させる。

第２光路ＯＰ２に配置されたＧ色用の液晶ライトバルブ２５ｂは、液晶表示装置である液晶素子を具体化したものであり、Ｇ光によって照明される液晶パネル２６ｂと、液晶パネル２６ｂの入射側に配置される光入射側偏光板２５ｆと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される光射出側偏光板２５ｉとを備える。この液晶ライトバルブ２５ｂは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｇの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂで反射されたＧ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ｂにおいて、光入射側偏光板２５ｆは、入射したＧ光について、紙面に垂直な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ｂに導く。液晶パネル２６ｂは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に水平な第２偏光方向の直線偏光に変換する。

第３光路ＯＰ３に配置されたＲ色用の液晶ライトバルブ２５ｃは、液晶表示装置である液晶素子を具体化したものであり、Ｒ光によって照明される液晶パネル２６ｃと、液晶パネル２６ｃの入射側に配置される光入射側偏光板２５ｇと、液晶パネル２６ａの射出側に配置される光射出側偏光板２５ｊとを備える。この液晶ライトバルブ２５ｃは、色分離光学系２３に設けたフィールドレンズ２３ｈの後段に配置されており、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過したＲ光によって均一に照明される。液晶ライトバルブ２５ｃにおいて、光入射側偏光板２５ｇは、入射したＲ光について、紙面に垂直な第１偏光方向の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６ｃに導く。液晶パネル２６ｃは、これに入射した第１偏光方向の直線偏光を画像信号に応じて例えば部分的に紙面に平行な第２偏光方向の直線偏光に変換する。光射出側偏光板２５ｊは、液晶パネル２６ｃを経て変調された第２偏光方向の直線偏光のみを選択的に透過させる。

クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成光学系に相当するものであり、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対のダイクロミラー２７ａ，２７ｂが形成されている。両ダイクロミラー２７ａ，２７ｂは、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロミラー２７ａはＢ光を反射し、他方の第２ダイクロミラー２７ｂはＲ光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム２７は、液晶ライトバルブ２５ａからの変調後のＢ光を第１ダイクロミラー２７ａで反射して進行方向左側に射出させ、液晶ライトバルブ２５ｂからの変調後のＧ光を第１及び第２ダイクロミラー２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ２５ｃからの変調後のＲ光を第２ダイクロミラー２７ｂで反射して進行方向右側に射出させる。つまり、クロスダイクロイックプリズム２７から、Ｂ光、Ｇ光、及びＲ光を合成したカラーの像光が射出される。

光路切替装置２８は、光変調部２５の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃの表示切り換えに同期して動作しており、クロスダイクロイックプリズム２７から射出された像光の光路を微小シフトさせたり、微小シフトさせなかったりする。これにより、詳細は後述するが、画素の補間が可能になり、画素数を擬似的に増加させることができる。

投射レンズ２９は、投射光学系として、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２６ａ〜２６ｃに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。

図２は、クロスダイクロイックプリズム２７の光射出側に配置される光路切替装置２８等の構造を説明する拡大概念図である。

光路切替装置２８は、光路の順に、第１の位相差板２８ａと、偏光切替液晶パネル２８ｂと、第２の位相差板２８ｃと、複屈折性基板２８ｄとを備える。第１の位相差板２８ａは、クロスダイクロイックプリズム２７の後段に配置され、クロスダイクロイックプリズム２７の光射出面２７ｇに対向して平行な状態に支持されている。第１の位相差板２８ａは、光射出側偏光板２５ｈ，２５ｉ，２５ｊから射出された像光の偏光状態を円偏光の状態にする。偏光切替液晶パネル２８ｂは、第１の位相差板２８ａの後段に配置され、第１の位相差板２８ａに対向して平行な状態に支持されている。偏光切替液晶パネル２８ｂは、第１の位相差板２８ａから射出された像光の偏光状態を制御信号に応じて２タイプの円偏光のいずれかに切り替える。第２の位相差板２８ｃは、偏光切替液晶パネル２８ｂの後段に配置され、偏光切替液晶パネル２８ｂに対向して平行な状態に支持されている。第２の位相差板２８ｃは、偏光切替液晶パネル２８ｂから射出された像光の偏光状態が２タイプの円偏光のいずれであるかに応じて、像光の偏光状態を傾斜方向が反対の一対の直線偏光のいずれかに変換する。複屈折性基板２８ｄは、第２の位相差板２８ｃの後段に配置され、第２の位相差板２８ｃに対向して平行な状態に支持されている。複屈折性基板２８ｄは、第２の位相差板２８ｃから射出された像光をその偏光方向に応じて光路を平行移動させるものであり、偏光切替液晶パネル２８ｂによって実現される特定の切替状態に対応する偏光方向の成分を選択的に屈折させる。具体例では、複屈折性基板２８ｄは、偏光切替液晶パネル２８ｂがオフ状態の場合、像光を直進させ、偏光切替液晶パネル２８ｂがオン状態の場合、像光を斜め方向に半画素分だけシフトさせる。

図３は、光路切替装置２８の動作をより具体的に説明するための図であり、光路切替装置２８の分解斜視図となっている。Ｇ色用の液晶ライトバルブ２５ｂの光射出側偏光板２５ｉは、基準面に平行すなわちＸＺ面に平行な横のＸ方向に延びる透過軸（偏光軸）Ａ０を有しており、図２に示す液晶パネル２６ｂによって変調された横方向（Ｘ方向）の偏光面を有する偏光のみを通過させる。光路切替装置２８の第１の位相差板２８ａは、λ／４位相差板すなわち１／４波長板であり、右上斜め４５°の方向（＋Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）に延びる遅相軸Ａ１を有している。よって、光射出側偏光板２５ｉから射出された直線偏光は、第１の位相差板２８ａを通過することで、横の直線偏光から左円偏光に変換される。偏光切替液晶パネル２８ｂは、全面で一様に動作するＴＮその他の液晶パネルであり、内側に透明電極を形成した一対の光透過性基板の間に液晶層を挟んだ構造を有する。偏光切替液晶パネル２８ｂの透明電極間に電圧を印可した場合、偏光切替液晶パネル２８ｂに入射した像光は、等方的な作用を受けるだけであり、左円偏光のままに維持される。一方、偏光切替液晶パネル２８ｂの透明電極間に電圧を印可しない場合、偏光切替液晶パネル２８ｂに入射した像光は、液晶の配向に応じて偏光状態が変化し、具体的には、左円偏光から右円偏光に変換される。つまり、偏光切替液晶パネル２８ｂのオン・オフ動作に伴って、偏光切替液晶パネル２８ｂから射出される像光の偏光状態が、左円偏光及び右円偏光のいずれか一方に切り換えられる。第２の位相差板２８ｃは、λ／４位相差板すなわち１／４波長板であり、横のＸ方向すなわち遅相軸Ａ１に平行な方向に延びる遅相軸Ａ３を有している。よって、偏光切替液晶パネル２８ｂから射出された左円偏光は、第２の位相差板２８ｃを通過することで、右上斜め４５°の方向（＋Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）の偏光面を有する直線偏光とされる。一方、偏光切替液晶パネル２８ｂから射出された右円偏光は、第２の位相差板２８ｃを通過することで、左上斜め４５°の方向（−Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）の偏光面を有する直線偏光とされる。複屈折性基板２８ｄは、水晶等で形成されており、右上斜め４５°の方向（＋Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）の偏光面を有する直線偏光を直進させるが、左上斜め４５°の方向（−Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）の偏光面を有する直線偏光を屈折させ、左下斜め４５°の方向に平行移動させた状態で射出させる。ＸＹ面に対して角度θだけ軸が傾いている複屈折性基板２８ｄの屈折率楕円体ＲＥは、ＸＹ面に投影した場合、左上斜め４５°の方向（−Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）に長軸（光学軸）を有する屈折率楕円ＲＥ１となっている。つまり、長軸（光学軸）に対して垂直に振動する偏光面を有する像光のみが直進する。長軸（光学軸）に対して垂直でない偏光面を有する像光は、複屈折性基板２８ｄの厚み等に応じて左下斜め１３５°の方向に例えば半画素分だけ移動させられる。

以上をまとめると、偏光切替液晶パネル２８ｂがオン状態で、偏光切替液晶パネル２８ｂを通過した像光が左円偏光の場合、第２の位相差板２８ｃから射出された像光は、複屈折性基板２８ｄを直進する。一方、偏光切替液晶パネル２８ｂがオフ状態で、偏光切替液晶パネル２８ｂを通過した像光が右円偏光の場合、第２の位相差板２８ｃから射出された像光は、複屈折性基板２８ｄで光路シフトが生じ、Ｘ方向にもＹ方向にも半画素分の位置ずれを付与される。なお、第２の位相差板２８ｃにおいて、遅相軸Ａ３を縦のＹ方向すなわち遅相軸Ａ１に垂直な方向に延びるものとしてもよい。垂直な方向とした場合、シフトが生じるか否かの関係が逆になる。

以上では、Ｇ色用の液晶ライトバルブ２５ｂからの像光の光路シフトについて説明したが、他の液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｃからの像光も同様に処理される。つまり、Ｂ色用の液晶ライトバルブ２５ａからの像光は、クロスダイクロイックプリズム２７を経て光路切替装置２８に入射するが、偏光切替液晶パネル２８ｂがオン状態の場合、複屈折性基板２８ｄを直進し、偏光切替液晶パネル２８ｂがオフ状態の場合、複屈折性基板２８ｄを通過する際に半画素分の位置ずれを付与される。また、Ｒ色用の液晶ライトバルブ２５ｃからの像光は、クロスダイクロイックプリズム２７を経て光路切替装置２８に入射するが、偏光切替液晶パネル２８ｂがオン状態の場合、複屈折性基板２８ｄを直進し、偏光切替液晶パネル２８ｂがオフ状態の場合、複屈折性基板２８ｄを通過する際に半画素分の位置ずれを付与される。

図４は、図１のプロジェクター１０によって投影される画像を説明する図である。図３等に示す偏光切替液晶パネル２８ｂがオン状態では、複屈折性基板２８ｄで光路シフトが生じず、実線で示すような画素ＰＥ１の配置で画像が形成される。一方、図３等に示す偏光切替液晶パネル２８ｂがオフ状態では、複屈折性基板２８ｄで光路シフトが生じ、点線で示すように基本の画素ＰＥ１の配置を斜めに半画素分だけ移動させた変調後の画素ＰＥ２の配置で画像が形成される。つまり、オン状態の偏光切替液晶パネル２８ｂに対応する画素ＰＥ１を補間するように、オフ状態の偏光切替液晶パネル２８ｂに対応する画素ＰＥ２が投影される。

なお、偏光切替液晶パネル２８ｂのオン・オフ動作は、液晶ライトバルブ２５ｂの動作と同期している。具体的には、例えば液晶ライトバルブ２５ｂにおける画像の書き換えを１回又は複数回行った段階で、偏光切替液晶パネル２８ｂのオン・オフを切り換えるといった動作が可能である。この際、偏光切替液晶パネル２８ｂのオン・オフを切り換える期間中は、液晶ライトバルブ２５ｂにおける画像の書き換えを行わないことが望ましい。

以下では、迷光の処理について説明する。図２に示すように、偏光切替液晶パネル２８ｂは、像光を僅かながら反射するため、反射戻り光Ｒ１が形成される。この反射戻り光Ｒ１は、左円偏光となっており、１／４波長板である第１の位相差板２８ａを通過する際に、縦方向（Ｙ方向）の偏光に変換される。よって、反射戻り光Ｒ１は、液晶ライトバルブ２５ｂの光射出側偏光板２５ｉ等に吸収され、再度投射レンズ２９側に向かう再反射ノイズ光Ｒ２となることがない。一方、旧来の光路切替装置では、第１及び第２の位相差板２８ａ，２８ｃが存在しないので、反射戻り光Ｒ１が横方向（Ｘ方向）の偏光のままに維持されるので、液晶パネル２６ｂのブラックマトリックス等によって再反射ノイズ光Ｒ２が発生してしまう。これにより、ゴーストが発生し、或いはＡＮＳＩコントラストの低下が引き起こされてしまう。

本実施形態のプロジェクター１０によれば、偏光切替液晶パネル２８ｂと、第２の位相差板２８ｃと、複屈折性基板２８ｄとによって、光路のシフトすなわち画素のシフトが可能になり、画素数を擬似的に向上させた表示が可能になる。以上の表示に際して、第１の位相差板２８ａにおいて、光射出側偏光板２５ｈ，２５ｉ，２５ｊを経て直線偏光の状態にある画像光を円偏光の状態にすることができる。これにより、画像光のうち、偏光切替液晶パネル２８ｂで反射された光は、再度、第１の位相差板２８ａを逆進することになり、当該第１の位相差板２８ａを逆進して通過した後の光は、光射出側偏光板２５ｈ，２５ｉ，２５ｊにおいて吸収されやすい偏光状態のもの、具体的には光射出側偏光板２５ｈ，２５ｉ，２５ｊの透過軸である偏光軸に直交する偏光になる。従って、偏光切替液晶パネル２８ｂでの反射に起因するゴーストの発生やＡＮＳＩコントラストの低下が抑制され、高画質な画像が形成される。

以上の説明では、光射出側偏光板２５ｉの透過軸（偏光軸）を、基準面に平行すなわちＸＺ面に平行な横のＸ方向に延びるものとしているが、透過軸（偏光軸）は、これ以外の方向に延びるものとしてもよい。例えば、図３の状態から透過軸Ａ０が基準面に垂直なＹ方向に延びるものに変更した場合、第１の位相差板２８ａの遅相軸Ａ１を９０°回転させて左上斜め４５°の方向（−Ｘ及び＋Ｙ方向の中間方向）に延びるように配置すれば、以後の偏光状態を図３に示す場合と同じ状態にできる。また、この場合においても、図２に示す逆進する戻り光Ｒ１は、第１の位相差板２８ａを都合２度通過することになるので、透過軸（偏光軸）に直交する偏光になり、迷光が処理される。同様に、光射出側偏光板２５ｈ，２５ｊの透過軸についても、基準面に垂直なＹ方向に延びるものにできる。

また、図３の状態から透過軸Ａ０がＸＺ面に垂直とした場合に、第１の位相差板２８ａの遅相軸Ａ１を９０°回転させないままとすると、偏光切替液晶パネル２８ｂを通過した後の円偏光の状態とオン・オフの関係が逆になる。つまり、複屈折性基板２８ｄにおいて、オフ状態で光路シフトが生じず、オン状態で光路シフトが生じることになる。この場合、偏光切替液晶パネル２８ｂでのオン・オフ動作のタイミングをそっくり入れ替えるか、各液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃに送信する画像信号のタイミングを入れ替えることで、所望の切替動作ができる。この場合も、図２の戻り光Ｒ１は、透過軸に直交する偏光になる。

さらに、上記では、光射出側偏光板２５ｈ，２５ｉ，２５ｊの透過軸は全て同じ方向（図１等に示す場合では、全てＸＺ面に平行な方向）に延びるものとしているが、例えばＧ光に対応する光射出側偏光板２５ｉの透過軸は、ＸＺ面に平行な方向に延びる一方、Ｂ光及びＲ光にそれぞれ対応する光射出側偏光板２５ｉ，２５ｊの透過軸は、ＸＺ面に垂直な方向に延びるものとしてもよい。この場合、液晶パネル２６ａに送信する画像信号のタイミングに対して液晶パネル２６ｂ，２６ｃに送信する画像信号のタイミングを入れ替えることで、所望の切替動作ができる。この場合も、図２の戻り光Ｒ１は、透過軸に直交する偏光になる。

また、本実施形態において、第１の位相差板２８ａ、偏光切替液晶パネル２８ｂ、第２の位相差板２８ｃ、及び複屈折性基板２８ｄを、光路切替装置２８としてユニット化された部材とし、第１の位相差板２８ａとクロスダイクロイックプリズム２７とを、互いに近接し対向して配置することもできる。この場合、第１の位相差板２８ａ等の組付け性を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明に係るプロジェクターの第２実施形態について説明する。第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図５に示すように、第２実施形態のプロジェクター２１０では、クロスダイクロイックプリズム２７と投射レンズ２９との間に配置される光路切替装置２２８が２段構造となっている。つまり、光路切替装置２２８は、第１切替装置部分２２８Ａ（第１の光路切替部分）と第２切替装置部分２２８Ｂ（第２の光路切替部分）とを備える。第１及び第２切替装置部分２２８Ａ，２２８Ｂは、図２に示す光路切替装置２８と同様の構造を有するが、遅相軸、光学軸等について変更が加えられており、第１切替装置部分２２８Ａは、Ｘ方向（第１方向）の光路シフトを行い、第２切替装置部分２２８Ｂは、Ｙ方向（第２方向）の光路シフトを行う。結果的に、図６に示すように、基本の画素ＰＥ１の配置を上下、左右、及び斜めに半画素分だけ移動させた３パターン画素ＰＥ３１，３２，３３の配置で画像が形成される。

本実施形態の場合、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＸ方向とＹ方向との中間方向の３方向へのシフトが可能となり、通常の４倍の画素数で表示を行うことができる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明に係るプロジェクターの第３実施形態について説明する。第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクターを変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。なお、本実施形態において、システム光軸ＳＡを含み、かつ、ＸＺ面に平行な面を基準面とする。

図７に示すように、第３実施形態のプロジェクター３１０は、単板式であり、光変調部３２５は、液晶素子である液晶パネル３２６ａと、光入射側偏光板２５ｅと、光射出側偏光板２５ｈとを備える液晶ライトバルブである。光入射側偏光板２５ｅは、基準面に平行な横のＸ方向に延びる透過軸（偏光軸）を有するものとする。

この場合、光変調部３２５の射出側にクロスダイクロイックプリズムを設ける必要がなく、光変調部３２５と投射レンズ２９との間に光路切替装置２８が配置される。

本実施形態においても、光入射側偏光板２５ｅの透過軸に対応して光路切替装置２８を構成する第１の位相差板２８ａ、偏光切替液晶パネル２８ｂ、第２の位相差板２８ｃ、及び複屈折性基板２８ｄを設けることで、光路のシフトすなわち画素のシフトが可能になり、画素数を擬似的に向上させた表示ができる。この際、偏光切替液晶パネル２８ｂでの反射に起因するゴーストの発生やＡＮＳＩコントラストの低下が抑制され、高画質な画像が形成される。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、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。

例えば、上記第１実施形態等では、第１の位相差板２８ａで円偏光を形成し、偏光切替液晶パネル２８ｂで円偏光の回転方向を切り換え、第２の位相差板２８ｃで傾斜した直線偏光成分を得ているが、これらによって像光に与える位相差を変更することもできる。具体的には、第１の位相差板２８ａで楕円偏光を形成し、偏光切替液晶パネル２８ｂで楕円偏光の回転方向を切り換え、第２の位相差板２８ｃで傾斜した直線偏光成分を得ることもできる。

また、上記第１〜第３実施形態では、光学補償板を組み込んでいないが、液晶ライトバルブ２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおいて、例えば光入射側偏光板２５ｅ，２５ｆ，２５ｇと、液晶パネル２６ａ，２６ｂ，２６ｃとの間に複屈折材料からなり位相差を付与することができる光学補償板を挿入することができる。

また、上記実施形態のプロジェクター１０では、光源装置２１を、光源ランプ２１ａ、一対のレンズアレイ２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２１ｉで構成したが、レンズアレイ２１ｄ，２１ｅ等については省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ２５ａ〜２５ｃを用いたプロジェクター１０や１つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、或いは、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。

１０，２１０…プロジェクター、 ２１…光源装置、 ２３…色分離光学系、 ２５…光変調部、 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…液晶ライトバルブ、 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…液晶パネル、 ２５ｈ，２５ｉ，２５ｊ…光射出側偏光板、 ２７…クロスダイクロイックプリズム（合成プリズム）、 ２８，２２８…光路切替装置、 ２８ａ…第１の位相差板（λ／４位相差板）、 ２８ｂ…偏光切替液晶パネル、 ２８ｃ…第２の位相差板（λ／４位相差板）、 ２８ｄ…複屈折性基板、 ２９…投射レンズ、 ２２８Ａ…第１切替装置部分（第１の光路切替部分）、 ２２８Ｂ…第２切替装置部分（第２の光路切替部分）、 Ａ０…透過軸（偏光軸）、 Ａ１，Ａ３…遅相軸、 ＳＡ…システム光軸

Claims (6)

1. 照明光を変調して画像光を形成する液晶素子と、前記液晶素子の光射出側に配置され前記画像光を直線偏光の状態で射出させる光射出側偏光板とを有する光変調部と、
   前記光変調部の後段に配置され、前記光射出側偏光板から射出された前記画像光の偏光状態を円偏光又は楕円偏光の状態にする第１の位相差板と、
   前記第１の位相差板の後段に配置され、前記第１の位相差板から射出された前記画像光の偏光状態を制御信号に応じて切り替える偏光切替液晶パネルと、
   前記偏光切替液晶パネルの後段に配置され、前記偏光切替液晶パネルから射出された前記画像光の偏光状態を直線偏光の状態にする第２の位相差板と、
   前記第２の位相差板の後段に配置され、前記第２の位相差板から射出された前記画像光のうち前記偏光切替液晶パネルの特定の切替状態に対応する偏光方向の成分を選択的に屈折させる複屈折性基板と、
   を備えるプロジェクター。
2. 前記第１の位相差板は、λ／４位相差板であり、前記光射出側偏光板の透過軸方向に対して遅相軸を４５°とするように配置され、前記光射出側偏光板から入射した前記画像光の偏光状態を円偏光の状態に変換する、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記第２の位相差板は、λ／４位相差板であり、前記偏光切替液晶パネルから入射した前記画像光の偏光状態を直線偏光の状態に変換する、請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記第２の位相差板は、遅相軸を前記光射出側偏光板の透過軸方向に対して垂直方向又は平行方向とするように配置される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
5. 前記光変調部は、各色の照明光に応じて色ごとの画像光をそれぞれ形成する各色用の複数の液晶素子と、当該複数の液晶素子に対応してそれぞれ設けられ前記画像光を直線偏光の状態で射出させる複数の光射出側偏光板とで構成され、
   前記光変調部と前記第１の位相差板との間に配置され、前記複数の液晶素子で形成され前記複数の光射出側偏光板を通過した各色の前記画像光を合成して前記第１の位相差板に入射させる合成プリズムをさらに備える、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. １組の前記第１の位相差板、前記偏光切替液晶パネル、前記第２の位相差板、及び前記複屈折性基板を有して第１方向への光路シフトを選択的に行う第１の光路切替部分と、
   前記第１の光路切替部分の後段に配置され、別の１組の前記第１の位相差板、前記偏光切替液晶パネル、前記第２の位相差板、及び前記複屈折性基板を有して前記第１方向と異なる第２方向への光路シフトを選択的に行う第２の光路切替部分と、
   を有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。

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