WO2004031836A1 - プロジェクタ、ならびに位相差板および位相差板の配置方法 - Google Patents

プロジェクタ、ならびに位相差板および位相差板の配置方法 Download PDF

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WO2004031836A1
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light
polarization
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PCT/JP2003/012779
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Junichi Iwai
Hideki Yamamoto
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Sony Corporation
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133638—Waveplates, i.e. plates with a retardation value of lambda/n

Definitions

  • the present invention relates to a projector, a retardation plate, and an arrangement method of the retardation plate.
  • the present invention relates to a projector configured to form an image by projecting light modulated by a spatial modulator, a phase difference plate used in an illumination optical system of a projector, and the like, and a method of arranging the phase difference plate.
  • a projection type display device that displays an image by modulating light from a light source by a spatial modulator and projecting the modulated light onto a screen via a projection lens.
  • a spatial modulator for example, a liquid crystal display panel (LCD: Liquid Crystal Display) or a DMD (Digital Micromirror Device) is used.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • DMD Digital Micromirror Device
  • a projector using a reflection type spatial modulator can change the polarization state of the polarization component selected (transmitted or reflected) by a polarization selection element such as a PBS (polarization beam splitter) at the time of incidence.
  • the image is formed by using the phenomenon that the components that have been selected go in the opposite direction (reflection or transmission) by the polarization selection element and travel in a direction different from that of the light source.
  • reference numeral 100 denotes an optical axis.
  • the incident light 200 from the light source only the S-polarized light component 200 S is selected (reflected) on the polarization selection surface 101 A of the PBS 101 and becomes a spatial modulator.
  • the reflective LCD panel 102 To reach the reflective LCD panel 102.
  • the reflected light is in a state where the reflective liquid crystal panel 102 does not affect the polarization state (off state)
  • the reflected light is reflected by the reflective liquid crystal panel 102 as S-polarized light, so that PBS is reflected. 1 0 1 to Returning, the light is reflected as S-polarized light 201 S in the direction opposite to the direction of incidence at the polarization selection surface 101 A, and returns to the light source side.
  • the reflective liquid crystal panel 102 has an influence on the polarization state (on state)
  • a part or all of the reflected light from the reflective liquid crystal panel 102 is light P-polarized light. It is converted to 0 1 P and passes through the polarization selection surface 101 A of PBS 101.
  • the transmitted P-polarized light component 201 P is formed as an image on a screen by a projection lens (not shown).
  • the gradation expression is controlled by the amount of change in the polarization state in the reflective liquid crystal panel 102.
  • incident light from the light source is made to enter from the front side of the reflective liquid crystal panel 102, and of the return light from the reflective liquid crystal panel 102, Alternatively, light rays selected by reflection at the polarization selection surface 101A of the PBS 101 may be guided to a projection lens.
  • FIG. 18 and FIG. 19 show the optical positional relationship of the polarization selection surface 101A of the PBS 101 at the time of light incidence and at the time of light emission.
  • the electric field direction of each of the P and S polarized lights is determined by the traveling direction of the light beam and the direction of the normal line n 1 on the incident plane (polarization selection plane 101 A). For this reason, as shown in Fig. 18, when the polarization selection surface 101A is parallel before and after incidence, that is, when the normal direction is the same, both P and S at the time of incidence and emission are considered. The polarization directions match. In such an ideal state, the light 200S reflected by the PBS 101 as the S-polarized light component on the incident side becomes the light 201S of the S-polarized light component on the output side.
  • the above-described ideal positional relationship between the light beam and the PBS 101 is not established.
  • the light rays are reflected by the reflective liquid crystal panel 102, which is shown in FIG.
  • the relationship between the polarization selection surface 101A at the time of incidence and the time of emission is symmetric (mirror image) with respect to the plane including the reflective liquid crystal panel 102.
  • the polarization selection plane 101 A at the time of emission includes the light ray 201 P of the P polarization component. This P-polarized light component is not removed at the time of emission, and reaches a screen that should be originally black, which impairs image quality (mainly the extinction ratio).
  • a 1/4 wavelength phase difference plate (1Z 4 wavelength plate) is installed between the reflective LCD panel 102 and PBS 101 to correct the polarization state. This is generally done. In this case, the light beam passes twice back and forth in the 1Z 4 wavelength plate, and thus effectively functions as a 1/2 wavelength plate.
  • FIG. 20 shows an optical positional relationship of each optical element when light is incident and when light is emitted when a quarter-wave plate is arranged.
  • the axis of the 1/4 wavelength plate 1 21 is set perpendicular to the plane of the paper, the light passes through the 1/4 wavelength plate 12 1 twice in a reciprocating manner, and Is inverted symmetrically with respect to a plane that includes the optical axis 100 in the figure and is perpendicular to the paper surface.
  • the electric field direction of the light ray 200 S reflected as the S-polarized light component on the incident side polarization selection surface 101 A (solid line) is the virtual polarization selection surface 101 B (dotted line).
  • This correction method using a 1 Z 4 wavelength plate works extremely effectively with an ideal phase difference plate that generates a 1/4 wavelength phase difference for any ray, but in actuality it depends on the incident angle. Since the amount of phase difference changes, rays with large angles to the optical axis are included. If it does, the extinction ratio deteriorates. The tendency is that the extinction ratio decreases as the incident angle increases and as the retardation plate increases in thickness.
  • FIGS. 21A to 21C and FIGS. 22A to 22C When light is incident on a crystal having optical anisotropy, such as quartz, the refractive index differs depending on the direction of the electric field, so that a wavelength difference occurs, and a phase difference occurs according to the wave number difference.
  • the ordinary ray the ray that senses the refractive index no
  • the extraordinary ray the ray that senses the refractive index ne
  • FIGS. 21B and 21C schematically show the state of the extraordinary ray and the state of the ordinary ray inside the retardation plate 130, respectively.
  • the phase difference plate gives a phase difference to components of the incident light that are orthogonal to each other.
  • the vibration direction of the vibration component having the fast phase velocity is “advanced”.
  • the "phase axis" and the vibration direction of the slow vibration component are called “slow axis”.
  • the direction of the refractive index no of the ordinary ray (X direction) is the fast axis
  • the direction of the refractive index ne of the extraordinary ray (y direction) is the slow axis. ing.
  • the optical path length (thickness) required to produce a 1/4 wavelength phase difference between ordinary and extraordinary rays is about 15 microns. Because it is difficult to actually make a quartz retarder with this thickness, it is usually too thin, and as shown in Figure 22A, the first and second positions that generate different retardations are usually used. It is common to combine two phase difference plates 13 1 and 13 2 and adjust them so that the total phase difference generated by the two phase difference plates 13 1 and 13 2 is 14 wavelengths .
  • the retarders 13 1 and 13 2 are arranged so that the positional relationship between the axis of the refractive index n o (fast axis) and the axis of the refractive index ne (slow axis) differs by 90 °.
  • Fig. 22B and Fig. 22C schematically show the state when the incident light beams 14 1 and 14 2 orthogonal to the vibration direction pass through the phase difference plates 13 1 and 13 2 respectively.
  • the light ray 141 is a component having a vibration direction in the y direction in FIG. 22A
  • the light ray 142 is a component having a vibration direction in the x direction in FIG. 22A.
  • a phase difference of 1 Z 4 wavelengths is generated with respect to the incident light 1 4 1.
  • ⁇ indicates one wavelength.
  • the phase difference plates 13 1 and 13 2 when determining the phase difference of each of the phase difference plates 13 1 and 13 2, only the manufacturability (thickness) is taken into account, and the total wavelength is set to 14 wavelengths. There is no particular problem with the configuration as long as it produces a large phase difference. For example, in the case of quartz, it is general that the entire two phase difference plates have a thickness of 600 microns or more.
  • the configuration works well when the incident angle is small (close to normal incidence), but the phase difference variation for obliquely incident light increases. As a result, the extinction ratio deteriorates. Attempting to reduce the angle of incidence to a small range to avoid this creates another problem: the screen is darkened by the phenomenon of usable light.
  • the retardation plate As another material of the retardation plate, there is an organic film having optical anisotropy by stretching or the like.
  • the difference between the refractive index of ordinary light ⁇ ⁇ and the refractive index of extraordinary light ⁇ e is smaller than that of organic film and crystal, and depending on the material, a phase difference of 1 Z 4 wavelengths may occur at about 60 ⁇ m. become.
  • the deterioration of the extinction ratio is determined by the thickness of the phase difference plate and the difference between the refractive index of the ordinary ray and the refractive index of the extraordinary ray. It is equivalent to and has good performance.
  • organic films are used as quarter-wavelength plates, but they are vulnerable to temperature rise and have problems with long-term reliability.
  • quartz which is a more common wave plate material, is resistant to temperature rise and has excellent long-term reliability.However, it is made with the minimum thickness necessary to generate a phase difference of approximately 1/4 wavelength. Is difficult. Since a normal quartz wave plate achieves a difference of about 1/4 wavelength by combining two wave plates, the effective thickness increases compared to organic materials, and the above two image quality degradation is remarkable. There is a problem.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and a first object of the present invention is to provide a projector capable of correcting a polarization state satisfactorily and improving image quality.
  • a second object is to provide a retardation plate and a method of arranging the retardation plate which are used for a projector or the like so that the polarization state can be corrected well. Disclosure of the invention
  • a projector includes a reflection-type spatial modulator that performs modulation by controlling a polarization state, and a polarization selection surface that is inclined with respect to the spatial modulator, On the polarization selection surface, light having a predetermined polarization component is selected from the incident light and made incident on the spatial modulator, and light having a polarization component different from the predetermined polarization component out of the light modulated and reflected by the spatial modulator is selected.
  • a polarization selection element that emits light in a direction different from the incident light, a 14-wave plate disposed between the spatial modulator and the polarization selection element, and light that is reflected by the spatial modulator and selected by the polarization selection element And a projection means for forming an image by projecting the first and second retardation plates, which generate different amounts of phase difference, in order from the polarization selection element side. Combined so that axes are almost orthogonal By arranging them, the phase difference amount of approximately 1/4 wavelength is generated as a whole.
  • the projector according to the first aspect of the present invention has a reference direction defined by an intersecting direction of a plane including a normal line of the polarization selection surface and a normal line of the 1Z4 wave plate and a plate surface of the 14 wave plate.
  • the first retardation plate arranged on the polarization selection element side is arranged so that its slow axis is substantially orthogonal to the reference direction, and the slow axis of the entire quarter-wave plate is
  • the phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount of the first and second phase difference plates is (0.75 ⁇ 0 . 3) Within the range of the wavelength, or within the range of (N-0.25 ⁇ 0.2) wavelength, where N is an integer of 2 or more and 5 or less.
  • a direction including a normal line of the polarization selection surface and a normal line of the 1/4 wavelength plate and an intersecting direction of the plate surface of the 1Z 4 wavelength plate Is the reference direction, the first retardation plate disposed on the polarization selection element side is disposed so that its slow axis is substantially parallel to the reference direction, and the retardation of the entire 1Z4 wavelength plate is The phase axis is arranged so as to be substantially orthogonal to the reference direction, and the phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount of the first and second phase difference plates is (0. 5 ⁇ 0.4) Within the wavelength range, or assuming that N is an integer of 2 or more and 5 or less, (N-0.5 soil 0.3) is within the wavelength range.
  • the projector according to the third aspect of the present invention may be configured such that a direction including a normal line of the polarization selection surface and a normal line of the quarter-wave plate and an intersecting direction of the plate surface of the quarter-wave plate.
  • the first retardation plate disposed on the polarization selection element side is disposed so that its slow axis is substantially orthogonal to the reference direction, and the retardation of 1 Z4 wavelength plate as a whole is
  • the axis is arranged so as to be substantially parallel to the reference direction, and the phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount between the first and second phase difference plates is N as 1 As an integer of 3 or less, it is within the range of (N ⁇ 0.2) wavelength.
  • the projector according to the fourth aspect of the present invention may be configured such that a direction including a normal line of the polarization selection surface and a normal line of the 1/4 wavelength plate and an intersecting direction of the plate surface of the 1/4 wavelength plate.
  • the first retardation plate disposed on the polarization selection element side is disposed so that its slow axis is substantially parallel to the reference direction, and The slow axis is arranged so as to be substantially parallel to the reference direction, and the phase difference generated by the smaller one of the first and second phase difference plates having the smaller absolute value of the phase difference amount is 0. Greater than or equal to 0.65 wavelengths, or within the range of (N-0.75 ⁇ 0.4) wavelengths, where N is an integer between 2 and 5 inclusive.
  • a method for arranging a phase difference plate according to the first to fourth aspects of the present invention includes a reflective spatial modulator that performs modulation by controlling a polarization state, and a polarization selection surface that is inclined with respect to the spatial modulator.
  • the polarization selection surface light of a predetermined polarization component of the incident light is selected and made to enter the spatial modulator, and of the polarization component different from the predetermined polarization component of the light modulated and reflected by the spatial modulator,
  • the first and second retardation plates that generate the amount of light are arranged in combination from the polarization selection element side so that their slow axes are almost orthogonal to each other. Generated phase difference A.
  • the method of arranging the retardation plate according to the first aspect of the present invention is a method of arranging a plane including a normal line of the polarization selection surface and a normal line of the 1/4 wavelength plate and a plate surface of the 1Z 4 wavelength plate.
  • the crossing direction is the reference direction
  • the first retardation plate disposed on the polarization selection element side is disposed so that its slow axis is substantially orthogonal to the reference direction, and the entire 14-wavelength plate is provided.
  • the phase difference amount generated by the phase difference amount having the smaller absolute value of the phase difference amount is represented by ( 0.75 ⁇ 0.3) Within the range of wavelength or within the range of (N-0.25 ⁇ 0.2) wavelength, where N is an integer from 2 to 5 It is.
  • the method for arranging the retardation plate according to the second aspect of the present invention is a method of arranging the normal to the polarization selection surface, the surface including the normal of the 14-wave plate, and the plate surface of the 14-wave plate.
  • the crossing direction is set as the reference direction
  • the first retardation plate arranged on the polarization selecting element side is arranged so that its slow axis is substantially parallel to the reference direction, and the 1/4 wavelength plate is used.
  • the entire retardation axis is arranged so as to be substantially orthogonal to the reference direction, and the phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount among the first and second phase difference plates is calculated by: Within the range of (0.5 ⁇ 0.4) wavelength, or N as an integer of 2 or more and 5 or less, and within the range of (N-0.5 soil 0.3) wavelength .
  • the method for arranging the retardation plate according to the third aspect of the present invention is a method of intersecting the surface including the normal of the polarization selection surface and the normal of the 1Z4 wave plate with the plate surface of the 14 wave plate.
  • the first retardation plate arranged on the polarization selection element side is moved along its slow axis.
  • the slow axis of the entire 14-wave plate is arranged so as to be substantially parallel to the reference direction.
  • the amount of phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of N is set to be an integer of 1 or more and 3 or less so as to be within the range of (N ⁇ 0.2) wavelength.
  • an intersection between a plane including a normal of the polarization selection surface and a normal of the quarter-wave plate and a plate surface of the quarter-wave plate is provided.
  • the first retardation plate arranged on the polarization selection element side is arranged so that its slow axis is substantially parallel to the reference direction, and the entire 1/4 wavelength plate is The retardation is arranged so that the slow axis is substantially parallel to the reference direction, and the phase difference generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference between the first and second phase difference plates is defined as 0 Greater than or equal to 0.65 wavelength, or within the range of '(N-0.75 ⁇ 0.4) wavelength, where N is an integer between 2 and 5 inclusive. is there.
  • the phase difference plate according to the present invention includes first and second phase difference plates that are arranged on the incident side of a reflection type spatial modulator that modulates incident light by controlling the polarization state and that generate different amounts of phase difference.
  • a retardation plate configured to generate a phase difference amount of approximately 1 Z 4 wavelengths as a whole by arranging the retardation plates so that their respective slow axes are substantially orthogonal to each other.
  • the phase difference generated by the phase difference plate with the smaller absolute value of the phase difference amount is larger than 0 and not more than 34 wavelengths, or is not less than 1 and not more than 3/2 wavelengths. Is what it is.
  • the first and second retarders may each be configured as a single plate, or each may include a plurality of plates.
  • the configuration may be divided into sheets.
  • the reflection type spatial light modulator and the polarization selection element are arranged by a 1/4 wavelength plate.
  • the polarization state of the light beam reciprocating between the spatial modulator and the polarization selection element is corrected.
  • the four-wave plate is a combination of the first and second retarders that generate different amounts of retardation, and the phase difference generated by the two retarders is Since the amount of phase difference is set to an appropriate value according to the state, a single plate is used despite the fact that the 1 Z 4 wavelength plate is a combination of two phase difference plates. Correction of the polarization state is performed satisfactorily with performance equal to or better than that of the configuration.
  • the retardation plate according to the present invention in the case where the retardation plate is used between a reflection-type spatial modulator and a polarization selection element, for example, in a projector, a high improvement effect on the correction of the polarization state can be easily obtained. be able to.
  • Figure 1 is a c Fig. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a projector according to an embodiment of the present invention, the structure of 1 Z 4 wave plate, with optical positional relationship PBS and spatial modulator FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a first arrangement state of the 1Z4 wavelength plate.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a second arrangement state of the ⁇ wavelength plate.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a third arrangement state of the 14 wavelength plate.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a fourth arrangement state of the ⁇ wavelength plate.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an optical system model used for simulation of the performance of the quarter-wave plate.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation result when the material of the 14-wavelength plate is quartz in the first arrangement state.
  • FIG. 9 is a diagram showing a simulation result when the material of the 1Z4 wavelength plate is an organic film in the first arrangement state.
  • FIG. 10 is a diagram showing a simulation result in a case where the material of the quarter-wave plate is an organic film in the first arrangement state and the wavelength of the light beam is longer than the design wavelength.
  • FIG. 11A to FIG. 11E are explanatory diagrams showing a preferred combination of the first and second retardation plates in the first arrangement state.
  • FIG. 12 is a diagram showing a simulation result in the first arrangement state, in which a horizontal axis represents a phase difference amount generated by a thinner phase difference plate.
  • FIG. 13 is a diagram showing a simulation result in the second arrangement state, in which a horizontal axis represents a phase difference amount generated by a thinner phase difference plate.
  • Fig. 14 shows the simulation result in the third arrangement state with the thin phase.
  • FIG. 5 is a diagram showing the amount of phase difference generated in the difference plate on the horizontal axis.
  • FIG. 15 is a diagram showing a simulation result in the fourth arrangement state, in which a horizontal axis indicates a phase difference amount generated by a thinner phase difference plate.
  • FIG. 16 is a diagram summarizing the characteristics of each arrangement state and the preferable amount of phase difference for each arrangement state.
  • FIG. 17 is an explanatory diagram showing a schematic structure of a portion for performing light modulation control in a reflection type projector.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram showing an ideal positional relationship of the polarization selection surface when light is incident and when light is emitted.
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing the actual positional relationship of the polarization selection surface when light is incident and when light is emitted. ⁇
  • FIG. 20 is an explanatory diagram showing a positional relationship of a polarization selection surface when a quarter-wave plate is used.
  • FIGS. 21A to 21C are explanatory views showing the configuration of a general retardation plate.
  • FIGS. 22A to 22C are two-phase retardation plates.
  • FIG. 1 shows a configuration example of a projector according to an embodiment of the present invention.
  • This projector is a reflective spatial modulator for red, blue and green colors 2 1 R, 2
  • This projector includes a light source 11, an integrator 12, and a dichroic mirror 13 along an optical axis 10.
  • the light source 11 emits white light including red light (R), blue light (B), and green light (G), which is required for color image display.
  • R red light
  • B blue light
  • G green light
  • Integral 12 includes a PS converter and the like, and is provided to make the light from light source 11 uniform and efficient.
  • the dichroic mirror 13 has a function of separating white light into blue light B and other color lights R and G.
  • This projector also includes a pre-PBS (polarized beam splitter) 14 and a condenser lens 16 in the order of light traveling on the optical path of the red light R and the green light G separated by the dichroic mirror 13. , A dichroic mirror.
  • the projector also includes a pre-PBS 15 and a condenser lens 17 in the order of light traveling on the optical path of the blue light B separated by the dichroic mirror 13.
  • the pre-PBSs 14 and 15 have a function of selectively reflecting light of a predetermined polarization component of the incident light.
  • the dichroic mirror 18 has a function of separating the red light R and the green light G that have entered through the pre-PBS 14 and the condenser lens 16.
  • condenser lenses 19R, 19G, 19B and a PBS 20R, 20 G, 20 B, 1Z4 wavelength plates 22 R, 22 G, 22 B, and spatial modulators 21 R, 21 G, 21 B are provided.
  • PBS 20R, 20G, and 20B correspond to a specific example of the “polarization selection element” in the present invention.
  • the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B are configured by a reflective liquid crystal panel or the like.
  • the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B receive colored light of a predetermined polarization component (for example, S-polarized component) selected by the polarization selection surfaces of PBS 20 R, 20 G, and 20 B, respectively. It is designed to be incident.
  • the spatial modulators 21 R, 21 G, and 2 IB modulate the incident light by controlling the polarization state, and reflect the modulated light toward the PBSs 20 R, 20 G, and 20 B. .
  • Each of the PBSs 20R, 20G, and 20B has a polarization selection surface that is inclined with respect to the spatial modulators 21R, 21G, and 21B.
  • S-polarization component light of a predetermined polarization component
  • P polarization component another polarization component
  • the component light is reflected to be incident on the spatial modulators 21R, 21G, 21B, and the P-polarized light is returned from the spatial modulators 21R, 21G, 21B.
  • the optical arrangement is such that component light is transmitted as outgoing light.On the contrary, incident light of P polarization is incident from the front side of the spatial modulators 21 R, 21 G, 21 B.
  • the return light it is also possible to arrange the return light so that the S-polarized light component selected by reflection at the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B is used as image display light. is there.
  • 1Z4 wave plate 22R, 22G, 22B corrects polarization state between PBS 20R, 20G, 20B and spatial modulator 21R, 21G, 21B This is to generate a phase difference of approximately 1Z4 wavelength with respect to light of polarization components orthogonal to each other.
  • the 1Z4 wavelength plates 22R, 22G, and 22B are portions having the most characteristic configuration in the present embodiment, and details thereof will be described later.
  • This projector also includes a cross dichroic prism 24, a projection lens 25, and a screen 26.
  • the cross dichroic prism 24 has a function of synthesizing and emitting each color light of a predetermined polarization component selected by the PBSs 20R, 20G, and 20B.
  • the cross dichroic prism 24 has three entrance surfaces and one exit surface. In order to prevent stress distortion due to a temperature change of the optical elements, etc., between the light entrance surface of the cross dichroic prism 24 and the light exit surface of the PBSs 20R, 20G, and 20B. , Spacers 23R, 23G, and 23B are provided.
  • the projection lens 25 is arranged on the exit surface side of the cross dichroic prism 24.
  • the projection lens 25 has a function of projecting the combined light emitted from the cross dichroic prism 24 toward a screen 26.
  • the projection lens 25 corresponds to a specific example of “projection means” in the present invention.
  • Fig. 2 shows the configuration of the 14-wavelength plate 22 (22R, 22G, 22B) by using PBS20 (20R, 20G, 20B) and the spatial modulator 21 (21R). , 21 G, 21 B) are shown together with the optical positional relationship. Note that the configuration of each of these optical elements is substantially the same for each color, and therefore, the following description will be made collectively without distinction of each color, except where particularly required.
  • the quarter-wave plate 22 includes first and second retardation plates 4 that generate different amounts of retardation. 1, 42.
  • the first and second retardation plates 41 and 42 are arranged in combination from the PBS 20 side such that their slow axes dl and d2 are substantially orthogonal to each other, so that the first and second retardation plates 41 and 42 as a whole have a It is configured to generate a phase difference amount of Z4 wavelengths.
  • the first and second retardation plates 41 and 42 are made of a crystal having optical anisotropy such as quartz, or an organic film having optical anisotropy by stretching or the like.
  • the first and second retardation plates 41 and 42 may each be composed of a single plate, or may be composed of a plurality of individual plates.
  • a surface 50 including the normal n 1 of the polarization selection surface 31 in PBS 20 and the normal of the 1 Z 4 wave plate 22 and a 1 Z 4 wave plate 22 The direction of the line of intersection with the plate surface is defined as the reference direction 51.
  • This reference direction 51 generally coincides with the P-polarization direction for light rays parallel to the optical axis 10.
  • the direction of the entire slow axis combining the first and second retardation plates 4 1, 4 2 is substantially perpendicular to the case where the reference direction 51 is almost parallel to the reference direction 51.
  • the slow axis d1 of the first retardation plate 41 disposed on the PBS20 side can be similarly considered in two cases: a case substantially parallel to the reference direction 51 and a case substantially perpendicular to the reference direction 51. Since these can be selected independently, the combinations of the first and second retardation plates 41 and 42 are four in total.
  • FIG. 2 shows that, assuming that the first and second retardation plates 41 and 42 are made of the same material, the slow axis of the entire 14-wavelength plate 22 and the first phase This is a case where both the slow axis d1 of the phase difference plate 41 and the slow axis d1 are substantially orthogonal to the reference direction 51.
  • 3 to 6 show four combinations of the first and second retardation plates 41 and 42.
  • FIG. 3 shows that the entire slow axis of the 1Z4 wavelength plate 22 is almost orthogonal to the reference direction 51, and the slow axis d1 of the first retardation plate 41 is also in the reference direction 51.
  • the figure shows a case where the vehicle is almost perpendicular to.
  • the first arrangement state shown in FIG. State S s The notation means that the reference direction 51 corresponds to the P polarization direction and the direction perpendicular to it corresponds to the S polarization direction, and the notation on the front side (3-3-3) is The direction of the entire slow axis is shown, and the notation (33-3) on the rear side indicates the direction of the slow axis d1 of the first retardation plate 41. This notation is also applied to the following other combinations.
  • FIG. 4 shows that the entire slow axis of the quarter-wave plate 22 is substantially orthogonal to the reference direction 51, and the slow axis d1 of the first retardation plate 41 is substantially parallel to the reference direction 51. This shows the case where Hereinafter, this second arrangement state is referred to as “state Sp”.
  • FIG. 5 shows that the entire slow axis of the 14-wavelength plate 22 is substantially parallel to the reference direction 51, and the slow axis d1 of the first retardation plate 41 is substantially orthogonal to the reference direction 51. This is the case when Hereinafter, this third arrangement state is referred to as “state Ps”.
  • FIG. 6 shows that the entire slow axis of the 1Z 4 wavelength plate 22 is almost parallel to the reference direction 51, and the slow axis d1 of the first retardation plate 41 is also almost parallel to the reference direction 51. This shows the case where Hereinafter, this fourth arrangement state is referred to as “state P p”.
  • phase difference between the phase difference plates 41 and 42 makes it possible to satisfactorily correct the polarization state and improve the image quality as a projector. It is set to an appropriate value that can be achieved.
  • the specific phase difference to be provided will be described later in detail.
  • white light emitted from a light source 11 is incident on a dichroic mirror 13 via an integrator 12.
  • the dichroic mirror 13 separates the incident white light into blue light B and other color lights R and G.
  • Blue light B passes through the pre-PBS 15, the condenser lens 17, and the condenser lens 19 B, and is incident on the PBS 20 B.
  • the red light R and the green light G pass through the pre-PBS 14 and the condenser lens 16 and enter the dichroic mirror 18 where they are separated.
  • the separated red light R and green light G pass through the condenser lenses 19R and 19G, respectively, and enter the PBS 20R and 20G.
  • the S-polarized light is selected (reflected) on the polarization selection surface, and the light passes through the 1/4 wavelength plate 22R, 22G, 22B.
  • the arriving light is transmitted to the spatial modulators 21 R, 21 R and 21 G when the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B do not affect the polarization state (off state).
  • G, 21B reflected as S-polarized light, returns to PBS20R, 20G, 20B via the 14-wavelength plates 22R, 22G, 22B, and at its polarization selection plane, The light is reflected as S-polarized light in the direction opposite to the direction of incidence, and returns to the light source.
  • the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B affect the polarization state (ON state)
  • the reflection from the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B Some or all of the light is converted to P-polarized light and returned to the PBSs 20R, 20G, and 20B via quarter-wave plates 221 ⁇ , 22G, and 22B, and the polarization Transmit through the selected plane.
  • the configurations of the 14-wavelength plates 22 R, 22 G, and 22 B and the optical arrangement thereof are changed by the spatial modulators 21 R, 21 G, 2 It is suitable for correcting the polarization state between 1B and PBS 20R, 20G, 20B, so that the extinction ratio is prevented from deteriorating and the image quality is improved compared to the past. It is planned.
  • the P-polarized light components which have passed through the PBSs 20R, 20G, and 20B, are combined in the cross dichroic prism 24, and are incident on the projection lens 25.
  • the projection lens 25 projects the combined light toward the screen 26. As a result, an image is formed on the screen 26.
  • the gradation expression is controlled by the amount of change in the polarization state in the spatial modulators 21 R, 21 G, and 21 B.
  • FIG. 8 shows a simulation result under the following calculation model conditions when the spatial modulator 21 is in the off state.
  • PBS 20 was an ideal PBS with a transmittance of S-polarized component of 0% and a transmittance of P-polarized component of 100%.
  • Calculations were made by modeling 21 with a total reflection mirror and 1Z 4-wavelength plate 22 with a crystal phase plate. It is assumed that the incident light is unpolarized and the wavelength is equal to the design wavelength of the quarter wave plate 22.
  • the 14 wave plate 22 is in the first arrangement state Ss shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the total thickness in a state where the first and second retardation plates 41 and 42 are combined to form a 1/4 wavelength plate
  • the extinction ratios of light rays having incident angles of 4, 6, 8, and 10 degrees with respect to the optical axis are graphed.
  • the left end of each curve corresponds to the case where the 1/4 wavelength plate 22 is formed of a single plate.
  • the thickness in this case is about 15 microns.
  • the extinction ratio of light rays at each incident angle tends to decrease as the thickness of the wave plate increases, there is also a periodic structure.
  • the peak value appears at As a result, there is a thickness with a better extinction ratio than when the 14-wavelength plate 22 is composed of a single plate (the left end of the graph).
  • the first peak is the thickness combining the phase difference of 1 wavelength ( ⁇ ) and 3/4 wavelength
  • the second is the combination of the phase difference of 2 wavelengths and 7/4 wavelength. That is, the highest peak is obtained when the first retardation plate 41 on the PBS 20 side is a one-wavelength plate, and the second retardation plate 42 on the spatial modulator 21 side is a 3 / 4-wavelength plate.
  • a high peak value is shown when the first phase difference plate 41 is a two-wavelength plate and the phase difference plate 42 is a 7/4 wavelength plate.
  • the performance is equal to or better than that of single plate.
  • the performance when a 1/4 wavelength plate 22 is composed of a single plate is the same whether the material is quartz or an organic film, so if a combination of the phase difference plates at these peak values is used, the combination type crystal phase difference plate.
  • the current A film having a performance higher than that of a retardation film using an organic film can be produced.
  • the graph of FIG. 9 shows the simulation results when an organic film was used as the 1/4 wavelength plate 22.
  • the calculation conditions are the same as in the case where the crystal phase difference plate in FIG. 8 is used as a model.
  • Fig. 9 is a graph when the wavelength of the light beam is the same as the design wavelength of the 1Z4 wavelength plate 22.
  • the simulation when the wavelength of the light beam is 24 nm longer than the design wavelength is shown.
  • the results are also shown in FIG.
  • the performance can be improved by combining the retardation.
  • the thickness at which the performance is maximized does not change. The latter is an important fact for practical use, and shows that even if a preferred combination of phase differences is determined according to the design wavelength, it has the effect of improving performance even for light rays other than the design wavelength.
  • the horizontal axis is set to the actual thickness of the 1/4 wavelength plate 22, but in order to eliminate the apparent difference due to the difference in material,
  • the figure shows a graph that expresses the thickness required to generate a constant phase difference as a reference.
  • the phase difference generated by the thinner one (the one with the smaller absolute value of the phase difference amount) of the two phase difference plates 41 and 42 constituting the quarter-wave plate 22 is described.
  • the amount is plotted on the horizontal axis. Since this graph is a simulation result in the state S s, the horizontal axis indicates the amount of phase difference of the second phase difference plate 42 on the spatial light modulator 21 side. Since the phase difference of the entire 1/4 wavelength plate 22 is 1/4 wavelength, if the phase difference of the thinner phase difference plate is determined, the thicker one (the absolute value of the phase difference amount is larger) The phase difference of the phase difference plate is uniquely determined.
  • FIGS. 11A to 11E show preferred combinations of the first and second retardation plates 41 and 42 based on the above results.
  • a retardation plate that independently generates a one-wavelength phase difference is abbreviated as a one-wavelength plate. The same applies to other notations.
  • the combination is not exactly the combination shown in Figs. 11 AK to 11E, but is a combination of the phase difference slightly deviated from each combination, it has sufficient performance.
  • phase difference generated by the thinner phase difference plate is within the range of (0.75 ⁇ 0.3) wavelength, or N is an integer of 2 or more and 5 or less, and (N— 0.25 ⁇ 0.2) Within the range of the wavelength, the same or better performance can be obtained than when the 14-wavelength plate 22 is composed of a single plate (when the phase difference is 0 in Fig. 12). .
  • FIG. 13 shows the calculation results in the case of the second arrangement state Sp (FIG. 4).
  • the horizontal axis corresponds to the phase difference amount of the first phase difference plate 41 on the PBS 20 side.
  • the first peak appears when a combination of the phase difference of 1Z2 wavelength is used for the thinner one and 3/4 wavelength for the thicker one.
  • the fifth peak the same or better performance is obtained than when the 1Z 4 wavelength plate 22 is a single plate.
  • FIG. 14 shows a calculation result in the case of the third arrangement state P s (FIG. 5).
  • the horizontal axis corresponds to the phase difference amount of the first phase difference plate 41 on the PBS 20 side.
  • FIG. 15 shows the calculation results in the case of the fourth arrangement state P p (FIG. 6).
  • the horizontal axis corresponds to the phase difference amount of the second phase difference plate 42 on the spatial modulator 21 side.
  • the first peak appears when the thinner one is combined with a phase difference of 1/4 wavelength and the thicker one is combined with 1Z2 wavelength.
  • the fifth peak performance equal to or higher than that obtained when the 14-wavelength plate 22 is a single plate is obtained.
  • the first peak has significantly higher performance.
  • the first peak of the combination of the two retarders 41 and 42 is sufficiently higher than that of the single plate (the retardation of the thinner retarder is 0).
  • the tolerance at the time of actual production can be large.
  • the second and subsequent peaks are lower than the first peak, and the tolerance is smaller.
  • the results are better than the veneer, and the improvement effect can be expected compared to the conventional one.
  • FIG. 16 summarizes the characteristics of each arrangement state and the preferable amount of phase difference for each arrangement state.
  • the phase difference indicates the value of the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount, but since the entire phase difference is 1/4 wavelength, the phase difference of the larger phase difference plate is unambiguous. Is determined.
  • the amount of phase difference generated by the second retardation plate 42 is within the range of (0.75 ⁇ 0.3) wavelength
  • N be an integer of 2 or more and 5 or less and be within the range of (N—0.25 ⁇ 0.2) wavelength.
  • the phase difference generated in the first phase difference plate 41 is within the range of (0.5 soil 0.4) wavelength, or N is an integer of 2 or more and 5 or less, (N ⁇ 0.5 ⁇ 0.3) It is preferable that the wavelength be within the range of the wavelength.
  • the amount of phase difference generated in the first phase difference plate 41 is within the range of (N ⁇ 0.2) wavelength, where N is an integer of 1 or more and 3 or less.
  • the amount of phase difference generated in the second retardation plate 42 is larger than 0 and is in the range of 0.65 wavelength or less, or N is 2 or more and 5 or less. It is preferable that the integer be within the range of (N ⁇ 0.75 ⁇ 0.4) wavelength.
  • state P p is the best among the arrangement states, but when the four states are combined, the phase difference generated by the thinner retarder exceeds 0 and the By selecting some method from 1 to 3 or 2 wavelengths, it is possible to obtain better performance than a single plate in the state PP.
  • particularly high performance is obtained in the phase difference ranges A, B, and C shown in the graphs of FIGS. 13 and 15, and when these are combined, they exceed 0 and extend to 3/4 wavelength.
  • Range A, B) and 1 to 3 wavelengths (Range C) are particularly preferable ranges. Quarter wave plates in this range perform best when there are no restrictions on placement I do.
  • the 1/4 wavelength plate 22 arranged between the PBS 20 and the spatial modulator 21 and correcting the polarization state is provided with two phase difference It is composed of plates 4 1 and 4 2, and an appropriate phase difference is set according to the arrangement state and combined.
  • the 1 Z 4 wavelength plate 22 is combined with two phase difference plates 4 1 and 4 2.
  • the polarization state can be satisfactorily corrected and the image quality of the projector can be improved with performance equal to or better than that of a single plate.
  • the contrast can be particularly improved without making any changes to the conventional optical system. The effect of this performance improvement is effective even when there is an incident angle.
  • the shape (mainly, size) of each optical element needs to be changed.
  • the luminance can be improved.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
  • a case where three spatial modulators 21 R, 21 G and 21 B are used corresponding to three primary colors has been described as a configuration example of a projector.
  • a configuration may be used in which only three color filters are used and the display control of the three primary colors is performed in a time-division manner.
  • the case where the 1Z 4 wavelength plate 22 is applied to the projector has been described as an example.
  • the method of optimizing the phase difference of each of the phase difference plates 41 and 42 is as follows.
  • the present invention can also be applied to other devices that use the four-wavelength plate 22 to correct the polarization state.
  • the 14-wavelength plate disposed between the reflection-type spatial modulator and the polarization selection element is provided with the first and second plates that generate different amounts of phase difference. Because the phase difference plates are combined and the phase difference generated by the two phase difference plates is set to an appropriate phase difference amount according to the arrangement state, 1/4 wavelength Despite the combination of two retardation plates, the polarization state can be corrected satisfactorily and the image quality can be improved with performance equal to or better than that of a single plate. .
  • the 1/4 wavelength plate disposed between the reflection-type spatial modulator and the polarization selecting element is provided with the first and the second plates that generate different amounts of retardation.
  • the phase difference generated by the two retardation plates was set to an appropriate amount of phase difference according to the arrangement state, so that 14 wavelengths were used.
  • the first and second retardation plates that generate different amounts of retardation are combined and arranged so that their slow axes are substantially orthogonal to each other.
  • the phase difference amount generated by the phase difference plate having the smaller absolute value of the phase difference amount between the first and second phase difference plates Is set to be greater than 0 and less than or equal to 3 Z 4 wavelengths or 1 or more and 3/2 wavelengths or less, even though the 1 Z 4 wavelength plate is a combination of two retardation plates.
  • the polarization state can be corrected satisfactorily with performance equal to or better than that of a single plate.

Abstract

偏光状態の補正を良好に行い、画質の向上を図ることができるプロジェクタ、ならびに、プロジェクタなどに使用されて、偏光状態の補正を良好に行うことができるようにした位相差板および位相差板の配置方法を提供する。反射型の空間変調器(21)とPBS(20)との間に、偏光状態の補正を行うための1/4波長板(22)を配置する。1/4波長板(22)は、異なる位相差量を発生する第1および第2の位相差板(41),(42)の組み合わせになっている。それら2枚の位相差板(41),(42)で発生させる位相差は、その配置状態に応じた適切な位相差量に設定されているので、1/4波長板(22)を2枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、偏光状態の補正が良好に行われる。

Description

明細書 プロジェクタ、 ならびに位相差板および位相差板の配置方法 技術分野
本発明は、 空間変調器によって変調された光を投射して画像を形成するように したプロジェクタ、 ならびにプロジェク夕の照明光学系などにおいて使用される 位相差板および位相差板の配置方法に関する。 背景技術
従来より、 光源からの光を空間変調器によって変調し、 その変調光を投影レン ズを介してスクリーンに投射することにより、 画像を表示するようにした投射型 の表示装置 （プロジェクタ） が知られている。 空間変調器としては、 例えば、 液 晶表示パネル （L C D ； Liquid Crystal Display) または DMD (Digital Micromirror Device) などが用いられている。 空間変調器の種類には、 変調した 入射光を透過させる透過型のものと、 変調した入射光を反射させる反射型のもの とがある。
反射型の空間変調器を用いたプロジェクタは、 入射時に PB S (偏光ビームス プリッタ） などの偏光選択素子によって選択 （透過または反射） された偏光成分 のうち、 空間変調器によりその偏光状態を変えられた成分が、 偏光選択素子によ つて逆の選択 （反射または透過） をされることにより光源とは異なる方向に進む という現象を用いて画像を形成している。
この反射型のプロジェクタにおける光の変調制御を行う部分について、 具体的 に第 1 7図を用いて説明する。 なお、 第 1 7図において、 1 00は光軸を示す。 図に示したように、 光源からの入射光 200は、 P B S 1 0 1の偏光選択面 1 0 1 Aにおいて、 S偏光成分の光 200 Sだけが選択 （反射） されて空間変調器と しての反射型液晶パネル 1 02に到達する。 到達した光は、 反射型液晶パネル 1 0 2が偏光状態に対して影響を与えない状態 （オフ状態） である場合には、 反射 型液晶パネル 1 02において S偏光のまま反射されることにより P B S 1 0 1に 戻り、 その偏光選択面 1 0 1 Aにおいて、 入射時とは逆方向に S偏光成分の光 2 0 1 Sとして反射され、 光源側に戻る。
一方、 反射型液晶パネル 1 0 2が偏光状態に対して影響を与える状態 （オン状 態） では、 反射型液晶パネル 1 0 2からの反射光の一部またはすべてが P偏光成 分の光 2 0 1 Pに変換されて、 P B S 1 0 1の偏光選択面 1 0 1 Aを透過する。 この透過した P偏光成分の光 2 0 1 Pは、 図示しない投影レンズによってスクリ ーン上に画像として結像される。 階調表現については、 反射型液晶パネル 1 0 2 における偏光状態の変化量によって制御を行っている。
なお、 第 1 7図に示した状態とは逆に、 光源からの入射光を、 反射型液晶パネ ル 1 0 2の正面側から入射させ、 反射型液晶パネル 1 0 2からの戻り光のうち、 P B S 1 0 1の偏光選択面 1 0 1 Aにおいて反射により選択された光線を、 投影 レンズに導くようにすることもできる。
このような反射型のプロジェクタにおいて、 オフ状態の場合には、 反射型液晶 パネル 1 0 2に入射する際に S偏光成分の光 2 0 0 Sであった光線は、 反射後 (出射時） にもすベて S偏光成分の光 2 0 1 Sとして光源側へ戻らなければいけ ないが、 現実には一部が P偏光成分の光 2 0 1 Pとなって P B S 1 0 1を透過し てしまう。
その理由を第 1 8図および第 1 9図を参照して説明する。 第 1 8図および第 1 9図は、 光の入射時と出射時とにおける P B S 1 0 1の偏光選択面 1 0 1 Aの光 学的な位置関係を示している。
P , Sの各偏光の電界方向は光線の進行方向と入射面 （偏光選択面 1 0 1 A) における法線 n 1の向きとによって決定される。 このため、 第 1 8図に示したよ うに、 入射する前と後とで偏光選択面 1 0 1 Aが平行、 つまり法線方向が同一の 場合には、 入射時と出射時の P， S両偏光の方向が一致する。 このような理想的 な状態では、 入射側で S偏光成分として P B S 1 0 1で反射された光 2 0 0 Sは、 出射側でも S偏光成分の光 2 0 1 Sとなる。
しかしながら、 第 1 7図に示したような現実のプロジェクタにおける光学系で は、 光線と P B S 1 0 1とに上述の理想的な位置関係が成り立っていない。 現実 の光学系では、 光線が反射型液晶パネル 1 0 2で反射するために、 第 1 9図に示 したように、 入射時と出射時の偏光選択面 1 0 1 Aの関係は反射型液晶パネル 1 0 2を含む平面に対称 （鏡像） の関係になっている。 このため、 入出射時の偏光 選択面 1 0 1 Aの法線方向が異なることとなり、 それぞれの P偏光および S偏光 の電界方向が同一にはならず、 入射時に S偏光成分として反射された光線 2 0 0 Sは、 パネルが偏光状態に影響を与えないオフ状態であっても出射時の偏光選択 面 1 0 1 Aに対しては P偏光成分の光線 2 0 1 Pを含むことになる。 この P偏光 成分は出射時に除去されず、 本来黒であるべき画面に到達し、 画質 （主に消光 比） を損ねることになる。
このように入射する面が 2つ以上存在する場合は、 その面が互いに平行でない 限り、 通常の光線にとってはそれぞれの面での偏光成分が異なることになり、 本 来であれば出射時に除去されるべき成分が残ってしまい画質を損なう問題がある。 これを解決するための対策としては、 反射型液晶パネル 1 0 2と P B S 1 0 1 との間に 1 / 4波長の位相差板 （1 Z 4波長板） を設置し、 偏光状態の補正を行 うのが一般的である。 この場合、 1 Z 4波長板において光線は往復で 2回通過す るため、 実効的に 1 / 2波長板として機能する。
第 2 0図は、 1 / 4波長板を配置した場合における光の入射時と出射時とにお ける各光学素子の光学的な位置関係を示している。 第 2 0図において、 1 / 4波 長板 1 2 1の軸を紙面に垂直に設定しておくと、 1 / 4波長板1 2 1を往復で 2 回透過することにより、 光線の電界方向は図中の光軸 1 0 0を含み紙面に垂直な 面に対して対称に反転する。 その結果、 入射側の偏光選択面 1 0 1 A (実線） に おいて S偏光成分として反射された光線 2 0 0 Sの電界方向は、 仮想的な偏光選 択面 1 0 1 B (点線） において S偏光として反射した光線の電界方向と一致する ようになる。 この方向は出射側の P B S 1 0 1に対する S偏光成分と一致するの で、 出射側の P B S 1 0 1において良好に除去され、 消光比 （=入射光ノ出射 光） の劣化を防ぐことができる。 このような 1 Z 4波長板を用いた従来技術の例 としては、 特開平 1 0— 2 6 7 5 6号公報記載のものがある。
この 1 Z 4波長板を用いる補正手法は、 どのような光線に対しても 1 / 4波長 の位相差を発生させる理想的な位相差板では極めて有効に作用するが、 実際には 入射角によって位相差量が変化するので、 光軸に対しての角度が大きい光線が含 まれる場合には消光比の劣化が生じる。 傾向として入射角が大きくなる程、 また 位相差板が厚くなる程消光比は下がる。
ここで、 第 2 1 A図ないし第 2 1 C図および第 2 2 A図ないし第 2 2 C図を参 照して、 一般的に使用されている位相差板について説明する。 水晶のように光学 異方性を持つ結晶に光が入射すると、 電界方向によって屈折率が異なるので波長 の差が発生し、 波数の差に応じた位相差が生じる。 第 2 1 A図に示した位相差板 1 3 0では、 常光線 （屈折率 n oを感じる光線） の方が異常光線 （屈折率 n eを 感じる光線） より速度が速く、 波長が長くなることによって位相差が発生する。 第 2 1 B図， 第 2 1 C図に、 それぞれ位相差板 1 3 0の内部における異常光線の 状態と常光線の状態とを模式的に示す。
なお、 位相差板は、 入射光の互いに直交する成分に位相差を与えるが、 位相差 板において、 互いに直交する 2つの振動成分のうち、 その位相速度が速い振動成 分の振動方向を 「進相軸」 、 遅い振動成分の振動方向を 「遅相軸」 という。 第 2 1 A図〜第 2 1 C図の場合、 常光線の屈折率 n oの方向 （X方向） が進相軸、 異 常光線の屈折率 n eの方向 （y方向） が遅相軸となっている。
水晶の場合、 常光線と異常光線とで 1 / 4波長の位相差を生じるのに必要な光 路長 （厚さ） は、 1 5ミクロン程度である。 水晶の位相差板をこの厚さで実際に 作成するのは薄すぎて困難なため、 通常は、 第 2 2 A図に示したように、 異なる 位相差を発生させる第 1および第 2の位相差板 1 3 1， 1 3 2を 2枚組み合わせ、 それら 2枚の位相差板 1 3 1 , 1 3 2によって生ずる合計の位相差が 1 4波長 になるように調整するのが一般的である。 この場合、 屈折率 n oの軸 （進相軸） と屈折率 n eの軸 （遅相軸） との位置関係を 9 0 ° 異なるようにして各位相差板 1 3 1， 1 3 2を配置する。
第 2 2 B図， 第 2 2 C図に、 それぞれ振動方向の直交する入射光線 1 4 1 , 1 4 2が、 位相差板 1 3 1 , 1 3 2を通過したときの状態を模式的に示す。 光線 1 4 1は第 2 2 A図の y方向、 光線 1 4 2は第 2 2 A図の x方向に振動方向を持つ 成分である。 入射光線 1 4 2の方に着目すると、 まず第 1の位相差板 1 3 1にお いては、 常光線となり位相が (M + 1 / 4 ) λ 進み、 次に、 第 2の位相差板 1 3 2では、 異常光線となり位相が Μ λ 遅れることにより、 全体として他方の入 射光線 1 4 1に対して 1 Z 4波長の位相差が生じることになる。 なお λ は、 1 波長を示す。 ここで、 従来では、 各位相差板 1 3 1， 1 3 2の位相差の決定にあ たっては、 主に製造性 （厚さ） のみを考慮しており、 全体として 1 4波長とな るような位相差を生じさせるものであれば、 特にどのような構成にするかは問題 にはされていない。 例えば水晶の場合、 2枚の位相差板全体で 6 0 0ミクロン以 上の厚さで構成するのが一般的である。
このように 2枚の位相差板を組み合わせた構成の場合、 結果として入射角が小 さい （垂直入射に近い） 場合は良好に機能するが、 斜め入射光線に対しての位相 差変動が大きくなるために、 消光比の劣化が生じる。 それを避けるために入射角 を小さい範囲で抑えようとすると使用可能な光量の現象で画面が暗くなるという 別の問題が発生する。
位相差板の別材料としては、 延伸等で光学異方性を持たせた有機フィルムがあ る。 有機フィルムの塲合、 水晶に比べ常光線の屈折率 η οと異常光線の屈折率 η eとの差が小さく、 材質によっては 6 0ミクロン程度で 1 Z 4波長の位相差が生 じるようになる。 この程度の厚さであれば、 2枚の組み合わせで製造する必要は なく 1枚で作成可能であり、 薄い位相差板が実現できている。 消光比の劣化は、 位相差板の厚さ、 ならびに、 常光線の屈折率と異常光線の屈折率との差で決まる ために、 6 0ミクロン程度の有機フィルムの性能は 1 5ミクロン程度の水晶と同 等となり良好な性能を持つ。 既にプロジェクタ等では、 有機フィルムが 1 / 4波 長板として使われているが、 温度上昇に弱く、 長期信頼性の点で問題を持ってい る。
以上まとめると、 反射型液晶パネル 1 0 2と P B S 1 0 1との間に、 理想的な 1 4波長板を設置すれば、 偏光状態の補正を良好に行うことができる。 しかし ながら、 現実の 1ノ 4波長板では、 斜めに透過する光線に対しては入射条件によ り位相差が変化していくので補正が十分に行われなくなり、 プロジェクタにおい ては、 画質に以下の問題を発生させる。
1 ) 補正しきれなかった成分の光が画面に入るため、 暗くなるべき場所も十分 に暗くならない。
2 ) それを回避するために斜め入射光を制限すると、 使える光量の減少で画面 全体が暗くなる。
通常用いられている有機材料系のフィルムは、 概略 1 Z 4波長の位相差を発生 させるのに必要最低限な厚さで作成されており、 上記の画質低下を極力回避して いるものの、 材質の点から温度上昇に弱く、 長期信頼性の点で問題がある。 一方、 より一般的な波長板材料である水晶は、 温度上昇に強く、 長期信頼性に優れてい るが、 概略 1 / 4波長の位相差を発生させるのに必要最低限な厚さでの作成が困 難であるという問題点を持つ。 通常の水晶波長板は、 2枚の波長板の組み合わせ で概略 1 / 4波長差を実現しているため、 有機材料系に比べ実効的な厚さが増加 し、 上記 2つの画質劣化が顕著となる問題点を有している。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、 その第 1の目的は、 偏光状態 の補正を良好に行い、 画質の向上を図ることができるプロジェクタを提供するこ とにある。 また、 第 2の目的は、 プロジェクタなどに使用されて、 偏光状態の補 正を良好に行うことができるようにした位相差板および位相差板の配置方法を提 供することにある。 発明の開示
本発明の第 1ないし第 4の観点に係るプロジェクタは、 偏光状態の制御により 変調を行う反射型の空間変調器と、 空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選 択面を有し、 その偏光選択面において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択し て空間変調器に入射させると共に、 空間変調器によって変調され反射した光のう ち所定偏光成分と異なる偏光成分の光をその入射光とは異なる方向に出射する偏 光選択素子と、 空間変調器と偏光選択素子との間に配置された 1 4波長板と、 空間変調器によって反射され、 偏光選択素子によって選択された光を投射して画 像を形成する投射手段とを備え、 1 4波長板が、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 偏光選択素子側から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交 するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 / 4波長の位相 差量を発生するように構成されているものである。
特に、 本発明の第 1の観点に係るプロジヱクタは、 偏光選択面の法線および 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 1 4波長板の板面との交線方向を基準方向とし たとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が基準方向 にほぼ直交するように配置されていると共に、 1 /4波長板全体の遅相軸が基準 方向にほぼ直交するように配置され、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差 量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、 （0. 7 5 ±0. 3) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 2 5 ±0. 2) 波長の範囲内となっているものである。
また特に、 本発明の第 2の観点に係るプロジェクタは、 偏光選択面の法線およ び 1 / 4波長板の法線を含む面と、 1 Z 4波長板の板面との交線方向を基準方向 としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が基準 方向にほぼ平行となるよう配置されていると共に、 1 Z 4波長板全体の遅相軸が 基準方向にほぼ直交するように配置され、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位 相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、 （0. 5 ± 0. 4) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 5土 0. 3) 波長の範囲内となっているものである。
また特に、 本発明の第 3の観点に係るプロジェクタは、 偏光選択面の法線およ び 1 / 4波長板の法線を含む面と、 1/4波長板の板面との交線方向を基準方向 としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が基準 方向にほぼ直交するように配置されていると共に、 1 Z4波長板全体の遅相軸が 基準方向にほぼ平行となるように配置され、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、 Nを 1以上 3以 下の整数として、 （N±0. 2) 波長の範囲内となっているものである。
また特に、 本発明の第 4の観点に係るプロジェクタは、 偏光選択面の法線およ び 1ノ 4波長板の法線を含む面と、 1 / 4波長板の板面との交線方向を基準方向 としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が基準 方向にほぼ平行となるように配置されていると共に、 1/4波長板全体の遅相軸 が基準方向にほぼ平行となるように配置され、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量が、 0よりも大きく 0. 6 5波長以下の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 7 5 ±0. 4) 波長の範囲内となっているものである。 本発明の第 1ないし第 4の観点に係る位相差板の配置方法は、 偏光状態の制御 により変調を行う反射型の空間変調器と、 空間変調器に対し傾斜して配置された 偏光選択面を有し、 その偏光選択面において、 入射光のうち所定偏光成分の光を 選択して空間変調器に入射させると共に、 空間変調器によって変調され反射した 光のうち所定偏光成分と異なる偏光成分の光をその入射光とは異なる方向に出射 する偏光選択素子との間に、 全体としてほぼ 1 Z 4波長の位相差量を発生する 1 ノ4波長板を配置する方法であって、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2 の位相差板を、 偏光選択素子側から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組 み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 / 4波長の位相差量を発生す るようにしたものである。
特に、 本発明の第 1の観点に係る位相差板の配置方法は、 偏光選択面の法線お よび 1 / 4波長板の法線を含む面と、 1 Z 4波長板の板面との交線方向を基準方 向としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸が基 準方向にほぼ直交するように配置すると共に、 1 4波長板全体の遅相軸が基準 方向にほぼ直交するように配置し、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量 の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、 （0 . 7 5 ± 0 . 3 ) 波 長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0 . 2 5 ± 0 . 2 ) 波長の範囲内にするようにしたものである。
また特に、 本発明の第 2の観点に係る位相差板の配置方法は、 偏光選択面の法 線おょぴ 1 4波長板の法線を含む面と、 1 4波長板の板面との交線方向を基 準方向としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸 が基準方向にほぼ平行となるように配置すると共に、 1ノ 4波長板全体の遅相軸 が基準方向にほぼ直交するように配置し、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位 相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、 （0 . 5 ± 0 . 4 ) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0 . 5土 0 . 3 ) 波長の範囲内にするようにしたものである。
また特に、 本発明の第 3の観点に係る位相差板の配置方法は、 偏光選択面の法 線および 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 1 4波長板の板面との交線方向を基 準方向としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸 が基準方向にほぼ直交するように配置すると共に、 1 4波長板全体の遅相軸が 基準方向にほぼ平行となるように配置し、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位 相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、 Nを 1以上 3以下 の整数として、 （N ± 0 . 2 ) 波長の範囲内にするようにしたものである。
また特に、 本発明の第 4の観点に係る位相差板の配置方法は、 偏光選択面の法 線および 1 / 4波長板の法線を含む面と、 1 4波長板の板面との交線方向を基 準方向としたとき、 偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸 が基準方向にほぼ平行となるよう配置すると共に、 1 / 4波長板全体の遅相軸が 基準方向にほぼ平行となるように配置し、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位 相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位相差量を、 0よりも大きく 0 . 6 5波長以下の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 ' （N— 0 . 7 5 ± 0 . 4 ) 波長の範囲内にするようにしたものである。
本発明による位相差板は、 偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の 空間変調器の入射側に配置され、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位 相差板を、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 Z 4波長の位相差量を発生するように構成された位相差板であ つて、 第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、 0より大きく 3 4波長以下か、 または 1以上 3 / 2 波長以下の範囲内となっているものである。
なお、 本発明の各観点に係るプロジェクタならびに位相差板の配匱方法および 位相差板において、 第 1および第 2の位相差板は、 それぞれ単板で構成されてい ても良いし、 それぞれが複数枚に分割された構成であつても良い。
本発明の第 1ないし第 4の観点に係るプロジェクタならびに位相差板の配置方 法では、 反射型の空間変調器と偏光選択素子との間に配置された 1ノ 4波長板に よって、 反射型の空間変調器と偏光選択素子との間を往復する光線に対して、 偏 光状態の補正がなされる。 1 4波長板が、 異なる位相差量を発生する第 1およ び第 2の位相差板の組み合わせになっていると共に、 それら 2枚の位相差板で発 生される位相差が、 その配置状態に応じた適切な位相差量に設定されているので、 1 Z 4波長板を 2枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわらず、 単板で 構成した場合と同等かそれ以上の性能で、 偏光状態の補正が良好に行われる。 本発明による位相差板では、 例えばプロジェクタなどで、 反射型の空間変調器 と偏光選択素子との間に配置されて使用される場合において、 その偏光状態の補 正に関して高い改善効果を容易に得ることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの構成例を示す図である c 第 2図は、 1 Z 4波長板の構成を、 P B Sおよび空間変調器に対する光学的な 位置関係と共に示す構成図である。
第 3図は、 1 Z 4波長板の第 1の配置状態を示す説明図である。
第 4図は、 1 / 4波長板の第 2の配置状態を示す説明図である。
第 5図は、 1 4波長板の第 3の配置状態を示す説明図である。
第 6図は、 1 / 4波長板の第 4の配置状態を示す説明図である。
第 7図は、 1 / 4波長板の性能のシミュレーションに用いた光学系モデルを示 す説明図である。
第 8図は、 第 1の配置状態において、 1 4波長板の材料を水晶とした場合に おけるシミュレ一ション結果を示す図である。
第 9図は、 第 1の配置状態において、 1 Z 4波長板の材料を有機フィルムとし た場合におけるシミュレーション結果を示す図である。
第 1 0図は、 第 1の配置状態において、 1 / 4波長板の材料を有機フィルムと し、 光線の波長を設計波長よりも長波長側にした場合におけるシミュレーション 結果を示す図である。
第 1 1 A図ないし第 1 1 E図は、 第 1の配置状態における、 第 1および第 2の 位相差板の好ましい組み合わせ方を示す説明図である。
第 1 2図は、 第 1の配置状態におけるシミュレーション結果を、 薄い方の位相 差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
第 1 3図は、 第 2の配置状態におけるシミュレーション結果を、 薄い方の位相 差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。 . 第 1 4図は、 第 3の配置状態におけるシミュレーション結果を、 薄い方の位相 差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
第 1 5図は、 第 4の配置状態におけるシミュレーション結果を、 薄い方の位相 差板で生じる位相差量を横軸にとって示した図である。
第 1 6図は、 各配置状態の特徴と、 それぞれについての好ましい位相差量をま とめて示した図である。
第 1 7図は、 反射型のプロジェクタにおける、 光の変調制御を行う部分の概略 構造を示す説明図である。
第 1 8図は、 光の入射時と出射時とにおける偏光選択面の理想的な位置関係を 示す説明図である。
第 1 9図は、 光の入射時と出射時とにおける偏光選択面の現実の位置関係を示 す説明図である。 ·
第 2 0図は、 1 / 4波長板を用いた場合における偏光選択面の位置関係を示す 説明図である。
第 2 1 A図ないし第 2 1 C図は、 一般的な位相差板の構成を示す説明図である c 第 2 2 A図ないし第 2 2 C図は、 2枚で構成される位相差板についての説明図 である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
第 1図は、 本発明の一実施の形態に係るプロジェクタの構成例を示している。 このプロジェクタは、 赤、 青および緑の各色用の反射型の空間変調器 2 1 R , 2
1 G , 2 1 Bを 3枚用いてカラー画像表示を行う、 いわゆる 3板方式の反射型プ ロジェクタである。
このプロジェクタは、 光軸 1 0に沿って、 光源 1 1と、 ィンテグレータ 1 2と、 ダイクロイツクミラー 1 3とを備えている。 光源 1 1は、 カラ一画像表示に必要 とされる、 赤色光 （R ) 、 青色光 （B ) および緑色光 （G ) を含んだ白色光を発 するものであり、 例えばハロゲンランプ、 メタルハライドランプまたはキセノン ランプなどにより構成されている。 インテグレー夕 1 2は、 P Sコンバータなど を含み、 光源 1 1からの光の均一化や効率的な利用を図るために設けられている。 ダイクロイツクミラー 1 3は、 白色光を、 青色光 Bとその他の色光 R, Gとに分 離する機能を有している。
このプロジェクタは、 また、 ダイクロイツクミラー 1 3によって分離された赤 色光 Rおよび緑色光 Gの光路上において、 光の進む順に、 プリ PB S (偏光ビー ムスプリッ夕） 14と、 集光レンズ 1 6と、 ダイクロイツクミラ一 1 8とを備え ている。 このプロジェクタは、 また、 ダイクロイツクミラー 1 3によって分離さ れた青色光 Bの光路上において、 光の進む順に、 プリ PB S 1 5と、 集光レンズ 1 7とを備えている。 プリ PB S 14, 1 5は、 入射光のうち所定偏光成分の光 を選択的に反射する機能を有している。 ダイクロイツクミラー 1 8は、 プリ PB S 14および集光レンズ 1 6を経て入射された赤色光 Rと緑色光 Gとを分離する 機能を有している。
このプロジェクタにおいて、 赤色光 R、 緑色光 Gおよび青色光 Bの各光路上に は、 光の入射側から順に、 集光レンズ 1 9 R, 1 9 G, 1 9 Bと、 PB S 20 R, 20 G, 20 Bと、 1Z4波長板 22 R, 22 G, 22 Bと、 空間変調器 2 1 R , 2 1 G, 2 1 Bとが設けられている。 PBS 20 R, 20 G, 20 Bは、 本発明 における 「偏光選択素子」 の一具体例に対応する。
空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bは、 反射型液晶パネルなどにより構成され ている。 空間変調器 2 1 R， 2 1 G, 2 1 Bには、 それぞれ P B S 20 R, 20 G, 2 0 Bの偏光選択面によって選択された所定の偏光成分 （例えば S偏光成 分） の色光が入射されるようになっている。 空間変調器 2 1 R, 21 G, 2 I B は、 偏光状態の制御により入射光に変調を施し、 その変調光を P B S 20 R， 2 0 G, 20 Bに向けて反射するようになっている。
PB S 20R, 20 G, 20 Bは、 それぞれ空間変調器 2 1 R， 2 1 G, 2 1 Bに対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面において、 入射 光のうち所定偏光成分 （S偏光成分） の光を選択 （反射） して空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bに入射させると共に、 空間変調器 2 1 R, 2 1 G， 2 1 Bによつ て変調され反射した光のうち、 上記所定偏光成分とは異なる他の偏光成分 （P偏 光成分） の光を、 画像表示用の光として選択 （透過） して出射する機能を有して いる。 なお、 第 1図の例では、 PBS 20 R, 20 G, 20 Bにおいて、 S偏光 成分の光を反射して空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bへの入射光とし、 空間変 調器 21 R, 2 1 G, 2 1 Bからの戻り光のうち、 P偏光成分の光を出射光とし て透過するような光学配置としてあるが、 これとは逆に、 P偏光の入射光を空間 変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bの正面側から入射させ、 その戻り光のうち、 空間 変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bにおいて反射により選択された S偏光成分の光線 を、 画像表示用の光とするような配置とすることも可能である。
1Z4波長板 22 R, 22 G, 22 Bは、 PB S 20 R, 20 G, 20 Bと空 間変調器 2 1 R， 2 1 G, 2 1 Bとの間で、 偏光状態の補正を行うためのもので あり、 互いに直交する偏光成分の光に対してほぼ 1Z4波長の位相差を発生させ るようになっている。 1Z4波長板 22 R， 22 G, 22 Bは、 本実施の形態に おいて最も特徴的な構成を有する部分であり、 その詳細は後述する。
このプロジェクタは、 また、 クロスダイクロイツクプリズム 24と、 投影レン ズ 25と、 スクリーン 26とを備えている。 クロスダイクロイツクプリズム 24 は、 PB S 20 R, 20 G, 20 Bによって選択された所定偏光成分の各色光を 合成して出射する機能を有している。 このクロスダイクロイツクプリズム 24は、 3つの入射面と 1つの出射面とを有している。 クロスダイクロイツクプリズム 2 4における光の入射面と、 PB S 20 R, 20 G, 20 Bにおける光の出射面と の間には、 それらの光学素子の温度変化等による応力歪みを防止するために、 ス ぺーサ 23 R， 23 G, 23 Bが設けられている。
投影レンズ 2 5は、 クロスダイクロイツクプリズム 24の出射面側に配置され ている。 この投影レンズ 25は、 クロスダイクロイツクプリズム 24から出射さ れた合成光を、 スクリーン 26に向けて投射する機能を有している。 投影レンズ 2 5は、 本発明における 「投射手段」 の一具体例に対応する。
第 2図は、 1 4波長板 22 (22 R, 22 G, 22 B) の構成を、 PB S 2 0 (20 R, 2 0 G, 2 0 B) および空間変調器 2 1 ( 2 1 R, 2 1 G, 2 1 B) に対する光学的な位置関係と共に示している。 なお、 これら各光学素子の構 成は、 実質的に各色で同じであるから、 以下では、 特に必要とされる場合を除い て各色の区別なく、 まとめて説明する。
1 /4波長板 22は、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板 4 1 , 4 2を有している。 第 1および第 2の位相差板 4 1 , 4 2は、 P B S 2 0側 から順に、 互いの遅相軸 d l , d 2がほぼ直交するように組み合わせて配置され ることにより、 全体としてほぼ 1 Z 4波長の位相差量を発生するように構成され ている。 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2は、 水晶などの光学異方性を持つ 結晶や、 延伸等で光学異方性を持たせた有機フィルムなどで構成されている。 な お、 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2は、 それぞれ単板で構成されていても 良いし、 それぞれが複数枚に分割された構成であっても良い。
このように 1ノ 4波長板 2 2を 2枚の位相差板 4 1 , 4 2を組み合わせて使用 し、 P B S 2 0と空間変調器 2 1との間に設置する場合、 以下で説明するように 4通りの使い方 （配置状態） が存在する。
ここで、 第 2図に示したように、 P B S 2 0における偏光選択面 3 1の法線 n 1と 1 Z 4波長板 2 2の法線とを含む面 5 0と、 1 Z 4波長板 2 2の板面との交 線方向を基準方向 5 1と定義する。 この基準方向 5 1は、 一般的に光軸 1 0に平 行となる光線に対しての P偏光方向と一致する。
このように基準方向 5 1を定義したとき、 第 1および第 2の位相差板 4 1 , 4 2を組み合わせた全体の遅相軸の方向は、 基準方向 5 1にほぼ平行な場合とほぼ 垂直な場合との 2通り考えられる。 また、 P B S 2 0側に配置された第 1の位相 差板 4 1の遅相軸 d 1についても同様に、 基準方向 5 1にほぼ平行な場合とほぼ 垂直な場合との 2通り考えられる。 これらはそれぞれ独立に選べるので、 第 1お よび第 2の位相差板 4 1， 4 2の組み合わせは、 合計 4通りとなる。
これらの組み合わせ方は、 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2が水晶のよう な 1軸性の結晶であるか、 有機フィルムであるかにかかわらず同等で区別する必 要はない。 なお、 第 2図は、 第 1および第 2の位相差板 4 1 , 4 2が同一の材料 で構成されているものとすると、 1 4波長板 2 2全体の遅相軸と第 1の位相差 板 4 1の遅相軸 d 1とが共に、 基準方向 5 1にほぼ直交している場合である。 第 3図〜第 6図は、 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2の 4通りの組み合わ せ方を示している。 まず、 第 3図は、 1 Z 4波長板 2 2の全体の遅相軸が基準方 向 5 1にほぼ直交し、 第 1の位相差板 4 1の遅相軸 d 1も基準方向 5 1にほぼ直 交している場合を示している。 以下、 この第 3図に示した第 1の配置状態を 「状 態 S s」 と表記する。 表記の意味は、 基準方向 5 1が P偏光方向、 それに直交す る方向が S偏光方向に対応するものと考え、 P , Sの記号を用いて、 前側の表記 ( 3 3の3 ) が、 全体の遅相軸の方向を示し、 後側の表記 （3 3の3 ) が、 第 1 の位相差板 4 1の遅相軸 d 1の方向を示している。 この表記方法は、 以下の他の 組み合わせの場合にも同様である。
第 4図は、 1 / 4波長板 2 2の全体の遅相軸が基準方向 5 1にほぼ直交し、 第 1の位相差板 4 1の遅相軸 d 1が基準方向 5 1にほぼ平行となっている場合を示 している。 以下、 この第 2の配置状態を 「状態 S p」 と表記する。
第 5図は、 1 4波長板 2 2の全体の遅相軸が基準方向 5 1にほぼ平行で、 第 1の位相差板 4 1の遅相軸 d 1が基準方向 5 1にほぼ直交している場合を示して いる。 以下、 この第 3の配置状態を 「状態 P s」 と表記する。
第 6図は、 1 Z 4波長板 2 2の全体の遅相軸が基準方向 5 1にほぼ平行で、 第 1の位相差板 4 1の遅相軸 d 1も基準方向 5 1にほぼ平行となっている場合を示 している。 以下、 この第 4の配置状態を 「状態 P p」 と表記する。
ところで、 1ノ 4波長板 2 2を設計するにあたっては、 2枚の位相差板 4 1 , 4 2の位相差をそれぞれどのような値に設定するかを決めなければならない。 従 来では、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差となるものであれば、 各位相差板 4 1 , 4 2の位相差がどのような値であるかは問題にされていなかった。 しかしな がら、 実際には、 後述するように、 各位相差板 4 1 , 4 2の位相差の違いにより プロジェクタにおける消光比に差が生ずることが分かった。 また良好な消光比に するための条件は、 第 3図〜第 6図の各配置状態のそれぞれで異なることが分か つた。 本実施の形態では、 第 3図〜第 6図の各状態のそれぞれについて、 各位相 差板 4 1 , 4 2の位相差が、 偏光状態の補正を良好に行い、 プロジェクタとして の画質の向上を図ることができるような適切な値に設定されている。 具体的にど のような位相差を持たせるべきかについては後に詳述する。
次に、 以上のように構成されたプロジェクタの動作を説明する。
このプロジェクタにおいて、 光源 1 1から出射された白色光は、 インテグレー 夕 1 2を介してダイクロイックミラー 1 3に入射される。 ダイクロイックミラー 1 3は、 入射した白色光を青色光 Bとその他の色光 R， Gとに分離する。 青色光 Bは、 プリ P B S 1 5、 集光レンズ 1 7、 および集光レンズ 1 9 Bを経て、 P B S 20 Bに入射される。 赤色光 Rおよび緑色光 Gは、 プリ PB S 14および集光 レンズ 1 6を経て、 ダイクロイツクミラー 1 8に入射され、 そこで分離される。 分離された赤色光 Rおよび緑色光 Gは、 それぞれ集光レンズ 1 9 R, 1 9 Gを経 て、 PB S 20 R, 20Gに入射される。
PB S 20 R, 20 G, 20 Bに入射された光は、 その偏光選択面において、 S偏光成分の光だけが選択 （反射） され、 1ノ 4波長板 22 R, 22 G, 22 B を介して空間変調器 21 R, 21 G, 2 1 Bに到達する。 到達した光は、 空間変 調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bが偏光状態に対して影響を与えない状態 （オフ状 態） である場合には、 空間変調器 2 1 R, 21 G, 2 1 Bにおいて S偏光のまま 反射されることにより、 1 4波長板 22R, 22 G, 22 Bを介して PB S 2 0 R, 20 G, 20 Bに戻り、 その偏光選択面において、 入射時とは逆方向に S 偏光成分の光として反射され、 光源側に戻る。
一方、 空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bが偏光状態に対して影響を与える状 態 （オン状態） では、 空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bからの反射光の一部ま たはすべてが P偏光成分の光に変換されて、 1/4波長板221^， 22 G, 22 Bを介して PB S 20 R, 20 G, 20 Bに戻り、 その偏光選択面を透過する。 ここで、 本実施の形態においては、 1 4波長板 22 R, 22 G, 22 Bの構 成およびその光学的な配置状態が、 後述するように空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bと PB S 20 R, 20 G, 20 Bとの間で、 偏光状態の補正を行うのに適 切なものとなっているので、 従来に比べ消光比の劣化を防止し、 画質の向上が図 られる。
PB S 20 R, 20 G, 2 0 Bを透過した P偏光成分の各色光は、 クロスダイ クロイツクプリズム 24において合成され、 投影レンズ 25に入射される。 投影 レンズ 2 5は、 合成光をスクリーン 26に向けて投射する。 これにより、 スクリ ーン 26上に画像が形成される。 階調表現については、 空間変調器 2 1 R, 2 1 G, 2 1 Bにおける偏光状態の変化量によって制御が行われる。
次に、 1/4波長板 22 ( 22 R, 22 G, 22 B) を構成する各位相差板 4 1, 42にどのような位相差を設定すれば良いか説明する。 第 8図は、 空間変調器 2 1がオフ状態である場合における、 以下の計算モデル 条件下でのシミュレーション結果を示している。 このシミュレーションは、 第 7 図に示した光学系配置で、 P B S 2 0を S偏光成分の透過率が 0 %、 P偏光成分 の透過率が 1 0 0 %の理想的な P B Sとし、 空間変調器 2 1を全反射ミラー、 1 Z 4波長板 2 2を水晶の位相差板でモデル化して計算したものである。 入射光は 無偏光、 波長は 1 / 4波長板 2 2の設計波長と等しいと仮定している。 1 4波 長板 2 2は、 第 3図に示した第 1の配置状態 S sであるものとしている。
第 8図のグラフにおいて、 横軸は、 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2を 1 ノ 4波長板となるように組み合わせた状態での全体の厚さ、 縦軸はコントラスト (消光比 （=入射光/出射光） ） を示している。 第 8図では、 光軸に対し、 4 , 6， 8， 1 0度の入射角度を持つ光線の消光比をそれぞれグラフ化している。 各 曲線の左端は、 1ノ 4波長板 2 2を単板で構成した場合に相当する。 この場合の 厚さは、 約 1 5ミクロンである。
第 8図のグラフから分かるように、 各入射角度の光線について、 波長板の厚さ が増すにつれて消光比が低下するという原則的な傾向はあるものの、 周期構造も 存在し、 周期的に消光比にピーク値が現れている。 その結果、 1 4波長板 2 2 を単板で構成した場合 （グラフの左端の部分） よりも、 優れた消光比を持つ厚さ が存在している。 最初のピークは 1波長 （λ ) と 3 Ζ 4波長という位相差を組み 合わせた厚さで、 次が 2波長と 7 Ζ 4波長の位相差の組み合わせである。 すなわ ち、 P B S 2 0側の第 1の位相差板 4 1を 1波長板、 空間変調器 2 1側の第 2の 位相差板 4 2を 3 / 4波長板とした場合が最も高いピーク値を示し、 次に、 第 1 の位相差板 4 1を 2波長板、 位相差板 4 2を 7 Ζ 4波長板とした場合が高いピー ク値を示している。
光軸に対する入射角度が 4度の光線の場合、 5波長と 1 9 Ζ 4 ( = 5 - 1 / 4 ) 波長の位相差の組み合わせ程度の厚さまで、 8度の光線の場合でも 2波長と 7 / 4 ( = 2 - 1 / 4 ) 波長の位相差の組み合わせの状態までは、 単板の場合と 同等かそれ以上の性能を持っている。 1 / 4波長板 2 2を単板で構成したときの 性能は、 材質が水晶でも有機フィルムでも同等なので、 これらのピーク値での位 相差板の組み合わせであれば、 組み合わせ方式の水晶位相差板においても現行の 有機フィルムによる位相差板以上の性能のものが作り得ることになる。
第 9図のグラフは、 1ノ 4波長板 2 2として有機フィルムを使用した場合のシ ミュレーシヨン結果を示している。 計算条件は、 第 8図の水晶の位相差板をモデ ルとした場合と同様である。 第 9図は、 光線の波長を 1 Z 4波長板 2 2の設計波 長と同一とした場合のグラフであるが、 光線の波長を設計波長よりも 2 4 n m長 波長側にした場合のシミュレーション結果についても、 第 1 0図に示す。
第 9図のグラフから分かるように、 有機フィルムの場合でも位相差の組み合わ せ方によって性能向上が実現できている。 また、 第 1 0図のグラフから分かるよ うに、 設計波長と異なる波長のため平均値が低下する塲合であっても性能の極大 となる厚さに変化がないことが示されている。 後者は実用上重要な事実で、 設計 波長によって好ましい位相差の組み合わせを決定したとしても、 設計波長以外の 光線に対しても性能改善の効果を持つことを示している。
第 8図〜第 1 0図までのグラフは、 横軸を 1 / 4波長板 2 2の実際の厚さに取 つていたが、 材料の違いによる見かけの差を解消するため、 第 1 2図に、 一定の 位相差を発生するのに必要な厚さを基準として表現したグラフを示す。 このダラ フでは、 1 / 4波長板 2 2を構成する 2枚の位相差板 4 1， 4 2のうち、 薄い方 (位相差量の絶対値の小さい方） の位相差板で生じる位相差量を横軸に取ってい る。 このグラフは状態 S sの場合のシミュレーション結果であるから、 横軸は空 間変調器 2 1側の第 2の位相差板 4 2の位相差量を示している。 なお、 1 / 4波 長板 2 2全体の位相差は 1 / 4波長であるから、 薄い方の位相差板の位相差が決 定されれば、 厚い方 （位相差量の絶対値の大きい方） の位相差板の位相差は一義 的に決定される。
第 1 1 A図〜第 1 1 E図は、 以上の結果に基づく、 第 1および第 2の位相差板 4 1， 4 2の好ましい組み合わせ方を示している。 単独で 1波長の位相差を発生 させる位相差板を 1波長板と略記している。 その他の表記も同様である。 実際に は、 厳密に第 1 1 A K〜第 1 1 E図に示した組み合わせではなく、 それぞれの組 み合わせから少しずれた位相差の組み合わせであっても、 十分な性能を有してい る。 第 1 2図のグラフからも分かるように、 薄い方の位相差板に関して、 最初の ピーク値は 3 4 (= 0 . 7 5 ) 波長のときであるが、 このピーク値は他のピー ク値に比べて高いので、 位相差に ±0. 3波長程度の余裕を持たせることができ る。 また、 7/4波長、 1 1 4波長、 1 5ノ 4波長、 および 19ノ4波長のと きには、 位相差に ±0. 2波長程度の余裕を持たせることができる。 まとめると、 薄い方の位相差板で発生させる位相差が、 （0. 7 5 ±0. 3) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 25 ±0. 2) 波長の範囲 内程度であれば、 1 4波長板 22を単板で構成した場合 （第 1 2図で位相差が 0の場合） よりも同等かそれ以上の性能が得られる。
. ここまでの説明は 1ノ 4波長板 2 2の配置条件が第 1の配置状態 S s (第 3 図） の場合についてであるが、 次に、 他の 3つの配置状態についてのシミュレ一 シヨン結果を、 第 1 3図〜第 1 5図に示す。 第 1 2図に示したグラフと同様、 横 軸を位相差量としてあるので、 位相差板の材料が水晶のような結晶か、 有機フィ ルムかによらなくなる。
第 1 3図は、 第 2の配置状態 S p (第 4図） の場合の計算結果を示している。 この場合、 横軸は P B S 20側の第 1の位相差板 41の位相差量に相当する。 こ の状態 S pでは、 最初のピークが、 薄い方を 1Z2波長、 厚い方を 3/4波長と いう位相差の組み合わせにした場合に現れている。 5つ目のピークまでは、 1Z 4波長板 22を単板にした場合よりも同等かそれ以上の性能が得られている。 第 14図は、 第 3の配置状態 P s (第 5図） の場合の計算結果を示している。 この場合、 横軸は P B S 20側の第 1の位相差板 41の位相差量に相当する。 こ の状態 P sでは、 最初のピークが、 薄い方を 1波長、 厚い方を 5Z4波長という 位相差の組み合わせにした場合に現れている。 3つ目のピークまでは、 1/4波 長板 22を単板にした場合とほぼ同程度の性能が得られている。
第 1 5図は、 第 4の配置状態 P p (第 6図） の場合の計算結果を示している。 この場合、 横軸は空間変調器 2 1側の第 2の位相差板 42の位相差量に相当する。 この状態 P pでは、 最初のピークが、 薄い方を 1/4波長、 厚い方を 1Z2波長 という位相差の組み合わせにした場合に現れている。 5つ目のピークまでは、 1 4波長板 22を単板にした場合よりも同等かそれ以上の性能が得られている。 特に、 最初のピークは、 著しく高い性能が得られている。
第 1 2図〜第 1 5図で得られた結果から、 各状態を総合的に考察すると、 状態 P s以外の使い方では、 2枚の位相差板 41, 42を組み合わせた場合の最初の ピークは単板 （薄い方の位相差板での位相差量 0) に比べて十分に高くなつてお り、 実際の作成時の許容公差も大きくとれる。 2つ目以降のピークは最初のピー クに比べて低くなり、 許容公差は小さくなるが、 おおむね 5つ目のピークまでは、 単板より良い結果となり、 従来よりも改善効果が期待できる。
第 1 6図に、 各配置状態の特徴と、 それぞれについての好ましい位相差量をま とめて示す。 位相差量は、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差板についての値 を示すが、 全体の位相差が 1/4波長であるから、 大きい方の位相差板の位相差 は、 一義的に決定される。
第 1 6図に示したように、 状態 S sの場合には、 第 2の位相差板 42で発生す る位相差量が、 （0. 7 5 ±0. 3) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以 下の整数として、 （N— 0. 2 5 ±0. 2) 波長の範囲内となっていることが好 ましい。
状態 S pの場合には、 第 1の位相差板 41で発生する位相差量が、 （0. 5土 0. 4) 波長の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 5 ±0. 3) 波長の範囲内となっていることが好ましい。
状態 P sの場合には、 第 1の位相差板 41で発生する位相差量が、 Nを 1以上 3以下の整数として、 （N±0. 2) 波長の範囲内となっていることが好ましい c 状態 P pの場合には、 第 2の位相差板 42で発生する位相差量が、 0よりも大 きく 0. 6 5波長以下の範囲内か、 または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 (N- 0. 7 5 ±0. 4) 波長の範囲内となっていることが好ましい。
結果的に各配置状態のうち、 状態 P pが最も優れていると言えるが、 4種類の 状態を総合すると、 薄い方の位相差板で発生する位相差量が 0を超えて 3 4波 長までと、 1波長以上 3ノ2波長程度までは何らかの方式を選択することにより 状態 P Pでの単板よりも良い性能を出すことが可能である。 すなわち、 第 1 3図 および第 1 5図のグラフに示した位相差の範囲 A, B, Cでは、 特に高い性能が 得られており、 これらを総合すると、 0を超えて 3/4波長まで （範囲 A, B) と、 1波長以上 3ノ 2波長 （範囲 C) までが、 特に好ましい範囲となる。 この範 囲での 1 / 4波長板は、 配置について制約がない場合には最も優れた性能を発揮 する。
以上説明したように、 本実施の形態によれば、 P B S 2 0と空間変調器 2 1と の間に配置されて偏光状態の補正を行う 1 / 4波長板 2 2を、 2枚の位相差板 4 1 , 4 2で構成し、 その配置状態に応じた適切な位相差を設定して組み合わせる ようにしたので、 1 Z 4波長板 2 2を 2枚の位相差板 4 1 , 4 2で構成したにも かかわらず、 単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、 偏光状態の補正を 良好に行い、 プロジェクタにおける画質の向上を図ることができる。 この場合、 従来の光学系に何ら変更を加えることなく、 特にコントラス卜の向上を実現でき る。 この性能改善の効果は入射角度がある場合においても有効であるから、 例え ば空間変調器 2 1に入射する光束の角度を広げれば、 各光学素子の形状の変更 (主に大きさ） は要するものの、 光源 1 1および空間変調器 2 1に従来と同じも のを使用したとしても輝度の向上を実現できる。
なお、 本発明は、 以上の実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。 例えば、 上記実施の形態では、 プロジェクタの構成例として、 3原色に対応して 3つの空間変調器 2 1 R， 2 1 G , 2 1 Bを使用する場合について説明したが、 空間変調器を 1つのみ使用し、 時分割で 3原色の表示制御を行うような構成であ つても構わない。 また、 上記実施の形態では、 1 Z 4波長板 2 2をプロジェクタ に適用した場合を例に挙げたが、 上記した各位相差板 4 1 , 4 2の位相差の最適 化の手法は、 1ノ4波長板 2 2を用いて偏光状態の補正を行うような他の装置に も適用され得る。
以上説明したように、 本発明のプロジェクタによれば、 反射型の空間変調器と 偏光選択素子との間に配置される 1 4波長板を、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板の組み合わせにすると共に、 それら 2枚の位相差板で発 生させる位相差を、 その配置状態に応じた適切な位相差量に設定して組み合わせ るようにしたので、 1 / 4波長板を 2枚の位相差板の組み合わせにしているにも かかわらず、 単板で構成した場合と同等かそれ以上の性能で、 偏光状態の補正を 良好に行い、 画質の向上を図ることができる。
また、 本発明の位相差板の配置方法によれば、 反射型の空間変調器と偏光選択 素子との間に配置される 1 / 4波長板を、 異なる位相差量を発生する第 1および 第 2の位相差板の組み合わせにすると共に、 それら 2枚の位相差板で発生させる 位相差を、 その配置状態に応じた適切な位相差量に設定して組み合わせるように したので、 1 4波長板を 2枚の位相差板の組み合わせにしているにもかかわら ず、 プロジェクタなどに使用した場合において、 単板で構成した場合と同等かそ れ以上の性能で、 偏光状態の補正を良好に行うことができる。
また、 本発明の位相差板によれば、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2 の位相差板を、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することに より、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差量を発生するように構成し、 第 1およ び第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差板で発生する位 相差量が、 0より大きく 3 Z 4波長以下か、 または 1以上 3 / 2波長以下の範囲 内となるようにしたので、 1 Z 4波長板を 2枚の位相差板の組み合わせにしてい るにもかかわらず、 プロジェクタなどに使用された場合において、 単板で構成し た場合と同等かそれ以上の性能で、 偏光状態の補正を良好に行うことができる。

Claims

請求の範囲
1 - 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された 1 Z 4波長板と、 前記空間変調器によって反射され、 前記偏光選択素子によって選択された光を 投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記 1 Z 4波長板が、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 Z 4波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 / 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 Z 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ直交するように配置されていると共に、 前記 1 / 4波長板全体の遅相軸 が前記基準方向にほぼ直交するように配置され、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、
( 0 . 7 5 ± 0 . 3 ) 波長の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0 . 2 5 ± 0 . 2 ) 波長の範 囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
2 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された 1 Z 4波長板と、 前記空間変調器によって反射され、 前記偏光選択素子によって選択された光を 投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記 1ノ 4波長板が、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 / 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ平行となるよう配置されていると共に、 前記 1 / 4波長板全体の遅相軸 が前記基準方向にほぼ直交するように配置され、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、
( 0 . 5 ± 0 . 4 ) 波長の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0 . 5 ± 0 . 3 ) 波長の範囲 内となっている
ことを特徴とするプロジェク夕。
3 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された 1 Z 4波長板と、 前記空間変調器によって反射され、 前記偏光選択素子によって選択された光を 投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記 1 / 4波長板が、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 / 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 / 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ直交するように配置されていると共に、 前記 1 Z 4波長板全体の遅相軸 が前記基準方向にほぼ平行となるように配置され、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、
Nを 1以上 3以下の整数として、 （N ± 0 . 2 ) 波長の範囲内となっている . ことを特徴とするプロジェクタ。
4 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 前記空間変調器と前記偏光選択素子との間に配置された 1 / 4波長板と、 前記空間変調器によって反射され、 前記偏光選択素子によって選択された光を 投射して画像を形成する投射手段と
を備え、
前記 1 4波長板が、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1ノ 4波長の位相差量を発生するように構成されており、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板が、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ平行となるように配置されていると共に、 前記 1 / 4波長板全体の遅相 軸が前記基準方向にほぼ平行となるように配置され、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、
0よりも大きく 0. 6 5波長以下の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 7 5 ±0. 4) 波長の範 囲内となっている
ことを特徴とするプロジェクタ。
5. 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 の間に、 全体としてほぼ 1Z4波長の位相差量を発生する 1/4波長板を配置 する方法であって、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1Z4波長板の法線を含む面と、 前記 1 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ直交するように配置すると共に、 前記 1 Z4波長板全体の遅相軸が前記 基準方向にほぼ直交するように配置し、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量を、
(0. 7 5 ±0. 3) 波長の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 2 5 ±0. 2) 波長の範 囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
6 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によつて変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 の間に、 全体としてほぼ 1 4波長の位相差量を発生する 1 / 4波長板を配置 する方法であって、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1ノ 4波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ平行となるように配置すると共に、 前記 1 Z 4波長板全体の遅相軸が前 記基準方向にほぼ直交するように配置し、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量を、
( 0 . 5 ± 0 . 4 ) 波長の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0 . 5 ± 0 . 3 ) 波長の範囲 内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
7 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 の間に、 全体としてほぼ 1 / 4波長の位相差量を発生する 1 Z 4波長板を配置 する方法であって、
異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 Z 4波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1ノ 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 / 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配匱された第 1の位相差板を、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ直交するように配置すると共に、 前記 1 4波長板全体の遅相軸が前記 基準方向にほぼ平行となるように配置し、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量を、
Nを 1以上 3以下の整数として、 （N ± 0 . 2 ) 波長の範囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
8 . 偏光状態の制御により変調を行う反射型の空間変調器と、
前記空間変調器に対し傾斜して配置された偏光選択面を有し、 その偏光選択面 において、 入射光のうち所定偏光成分の光を選択して前記空間変調器に入射させ ると共に、 前記空間変調器によって変調され反射した光のうち前記所定偏光成分 と異なる偏光成分の光を前記入射光とは異なる方向に出射する偏光選択素子と、 の間に、 全体としてほぼ 1ノ 4波長の位相差量を発生する 1 / 4波長板を配置 する方法であって、 · 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 前記偏光選択素子側 から順に、 互いの遅相軸がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 / 4波長の位相差量を発生するようにし、
かつ、 前記偏光選択面の法線および前記 1 Z 4波長板の法線を含む面と、 前記 1 Z 4波長板の板面との交線方向を基準方向としたとき、
前記偏光選択素子側に配置された第 1の位相差板を、 その遅相軸が前記基準方 向にほぼ平行となるよう配置すると共に、 前記 1 / 4波長板全体の遅相軸が前記 基準方向にほぼ平行となるように配置し、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量を、
0よりも大きく 0. 6 5波長以下の範囲内か、
または、 Nを 2以上 5以下の整数として、 （N— 0. 75 ±0. 4) 波長の範 囲内にする
ことを特徴とする位相差板の配置方法。
9. 偏光状態の制御により入射光の変調を行う反射型の空間変調器の入射側に配 置され、 異なる位相差量を発生する第 1および第 2の位相差板を、 互いの遅相軸 がほぼ直交するように組み合わせて配置することにより、 全体としてほぼ 1 /4 波長の位相差量を発生するように構成された位相差板であって、
前記第 1および第 2の位相差板のうち、 位相差量の絶対値の小さい方の位相差 板で発生する位相差量が、
0より大きく 3/ 4波長以下か、 または 1以上 3/2波長以下の範囲内となつ ている
ことを特徴とする位相差板。
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