JP2011257645A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化、製造コストの高騰を招くことなく、投写画像の明るさを確保することができる立体画像表示が可能なプロジェクターを提供する。
【解決手段】本発明のプロジェクター１は、光源２と、左眼用画像に対応する第１画像データを書き込む第１書込領域と右眼用画像に対応する第２画像データを書き込む第２書込領域とを有し、各色光を各画像データに基づいて変調する複数の光変調素子６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと、光合成光学系７と、光変調素子の第１書込領域からの光が入射される第１領域と第２書込領域からの光が入射される第２領域とを有し、第１領域からの射出光と第２領域からの射出光とを異なる偏光状態とする偏光切替素子９と、変調後の光を偏光切替素子に伝達し、偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成する光伝達光学系８と、投写光学系１０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクターに関し、より詳しくは、偏光メガネを用いて投写画像を立体的に鑑賞できるプロジェクターに関する。

大画面表示が可能なプロジェクターを用いて、表示画像を立体的に表現する技術が開発、実用化されてきている。プロジェクターを用いた立体画像表示では、左眼用画像と右眼用画像とをスクリーンに投影して、左眼および右眼にてそれぞれの画像を観察する視差利用の方式が一般的に用いられる。このとき、観察者は各々の眼に対応する画像を選択的に観察する必要があり、その一つの方式として偏光メガネを用いる偏光方式のプロジェクターが知られている。

偏光方式のプロジェクターでは、視差情報を含んだ左眼用画像と右眼用画像とを、両画像間で偏光状態を変えてスクリーン上に同時に表示する。あるいは、左眼用画像と右眼用画像とを、両画像間で偏光状態を変えて時系列的に並ぶフレーム毎に交互に連続して表示する。このとき、観察者は、偏光選択性を備えた偏光メガネを通して、異なる偏光状態で表示された左眼用画像と右眼用画像とを見ることにより２種類の画像がそれぞれ対応する眼のみで選択的に観察されるため、表示画像を立体的に視認することができる。

互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とをスクリーン上に同時に表示する一つの方策として、第１のプロジェクターで左眼用画像を表示し、第２のプロジェクターで左眼用画像を表示するというように、２台のプロジェクターを用いる立体画像表示装置が提案されている（下記の特許文献１参照）。特許文献１に記載の立体画像表示装置では、投写光の偏光状態が異なる２台のプロジェクターを用意する不便さを解消するために、投写光の偏光状態が同一の２台のプロジェクターを用い、一方のプロジェクターからの投写光の偏光状態を反射鏡からなる偏光切替素子で切り替えることにより、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを生成している。

また、互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とをスクリーン上に同時に表示する他の方策として、左眼用画像形成用と右眼用画像形成用の２組の表示パネルを備えた投射型立体表示装置が提案されている（下記の特許文献２参照）。特許文献２に記載の投射型表示装置では、色選択フィルターを用いて光源から射出された光から特定の色成分を時分割的に選択した後、ワイヤーグリッドにより各色成分を偏光状態に応じて分離し、分離された偏光状態の異なる各光を左眼用画像形成用の第１表示パネル、右眼用画像形成用の第２表示パネルにおいてそれぞれ変調する。

一方、互いに偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを時系列的に交互に連続して表示する方式は、１台のプロジェクターだけで表示画像を立体的に表現できるという利点を有しており、この方式の投射型表示装置も提案されている（下記の特許文献３参照）。特許文献３に記載の投射型表示装置では、偏光状態が交互に切り替わる液晶セルと位相差板とからなる偏光制御手段を介して液晶ライトバルブからの射出光を投射することで、左眼用画像と右眼用画像とを時系列的に交互に表示している。

特開２００３−２０２５２０号公報 特開２００４−２０５９１９号公報 特開２００５−１１５２７６号公報

ところが、特許文献１に記載の立体画像表示装置のように、プロジェクターを２台使用する方式では、２台のプロジェクター間で、明るさや色合いなどの表示画像の特性を合わせたり、投写位置を調整したりするのが難しいという問題が生じる。また、プロジェクターを２台使用するため、装置の小型化や使い勝手の面でも問題がある。

また、特許文献２に記載の投射型立体表示装置は、表示方式で言えば、時系列的に順次入射される異なる色の光を一つの空間光変調素子において時分割で変調し、カラー画像を生成する方式、いわゆるフィールドシーケンシャル方式の投射型表示装置である。一般的なフィールドシーケンシャル方式の投射型表示装置の場合、空間光変調素子を一つ備えていれば良いが、この投射型立体表示装置の場合、偏光分離光学系によって分離された光の各光路上に左眼用、右眼用の空間光変調素子をそれぞれ備える必要がある。そのため、装置構成が複雑化するとともに装置が大型化し、製品コストが高騰するという問題がある。

また、特許文献３に記載の投射型表示装置では、左眼用画像、右眼用画像を時分割で交互に生成し、時系列的に開閉する光シャッターを備えたシャッターメガネを用いて左眼による視認と右眼による視認とを時分割で切り替えることにより立体視を可能としている。ところが、シャッターメガネにより左眼と右眼とを交互に遮光することになるため、投射型表示装置の出力に対して、観察者が視認する画像の明るさは略半減してしまうという問題がある。また、シャッターメガネに用いる偏光スイッチング素子が高価であり、偏光スイッチング素子を駆動するための電源をメガネに備える必要があり、使い勝手が悪い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とを表示して立体画像表示を行うプロジェクターであって、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことなく、投写画像の明るさを確保することができるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のプロジェクターは、光源と、左眼用画像に対応する第１画像データが書き込まれる第１書込領域と右眼用画像に対応する第２画像データが書き込まれる第２書込領域とを有し、前記光源から射出された波長域が異なる複数の色光を前記第１画像データおよび前記第２画像データに基づいてそれぞれ変調する複数の光変調素子と、前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を合成する光合成光学系と、前記光変調素子の前記第１書込領域からの光が入射される第１領域と前記光変調素子の前記第２書込領域からの光が入射される第２領域とを有し、前記第１領域から射出された光と前記第２領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える偏光切替素子と、前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、前記偏光切替素子上に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、を備えたことを特徴とする。

本発明のプロジェクターにおいては、複数の光変調素子が、波長域の異なる複数の色光を左眼用画像に対応する第１画像データおよび右眼用画像に対応する第２画像データに基づいてそれぞれ変調し、左眼用画像および右眼用画像に対応する光学像を形成する。光伝達光学系は、複数の光変調素子により変調された複数の色光を偏光切替素子に伝達し、結像させて偏光切替素子上に左眼用画像および右眼用画像の中間像を形成する。ここで、偏光切替素子は、光変調素子の第１書込領域からの光が入射される第１領域と第２書込領域からの光が入射される第２領域とを有しており、第１領域からの射出光と第２領域からの射出光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える。

このようにして、偏光切替素子上には、第１領域からの射出光による左眼用画像と第２領域からの射出光による右眼用画像とが混在し、左眼用画像と右眼用画像とは互いに偏光状態が異なる状態となった中間像が形成される。よって、観察者は、偏光メガネを通して異なる偏光状態で表示された左眼用画像と右眼用画像とを見ることにより、２種類の画像がそれぞれ対応する眼のみで選択的に観察されるため、表示画像を立体的に視認することができる。本発明においては、プロジェクターが１台で済み、さらに、左眼用、右眼用の空間光変調素子を別個に備える必要がないため、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことがなく、小型、安価で、立体視が可能なプロジェクターを実現できる。また、シャッターメガネ等で遮光することにより左眼用画像と右眼用画像とを時間的に分離するわけではなく、左眼用画像と右眼用画像とを常時視認する構成であるため、光源の出力に見合った投写画像の明るさを確保することができる。

また、光伝達光学系は一般に波長依存性を有しているため、複数の光変調素子により変調された波長域の異なる複数の色光が同じ位置に結像しない場合が考えられる。その場合、表示画像に色ムラが発生する、色再現性が低下する等の問題が生じる虞がある。これに対して、本発明のプロジェクターによれば、光伝達光学系が、複数の光変調素子により変調された複数の色光の全てを偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成するため、色ムラがなく、色再現性に優れた表示画像を得ることができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記光変調素子が、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記第１書込領域と前記第２書込領域とは、各々が画面の水平方向に並ぶ複数の画素からなる一つの行で構成され、交互に配置されている構成を採用できる。
この構成によれば、１フレームの画像の中に左眼用画像と右眼用画像とを均等に組み入れることができ、高画質の表示画像を得ることができる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記第１領域と前記第２領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数と等しい構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子における各画像データを書き込む画素の各行と偏光切替素子における第１領域、第２領域の各々とが１対１で対応する。この場合、光変調素子での各画像データの書き込み位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替え位置とが完全に一致するため、より高画質の立体画像表示を実現できる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子における前記第１領域と前記第２領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ない構成を採用できる。
この構成の場合、光変調素子における各画像データを書き込む画素の各行と偏光切替素子での第１領域、第２領域とが１対１で対応しないため、光変調素子での各画像データの書き込み位置と偏光切替素子での偏光状態の切り替え位置とが完全には一致しない。そのため、投写画像の局所的な偏光状態の乱れを生じ、その結果として局所的な立体視状態の乱れを若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れを生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。この構成によれば、偏光切替素子の構成を簡素にでき、低コスト化が図れる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系は、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することが望ましい。前記光変調素子側と前記偏光切替素子側の双方にテレセントリック性を有するものであれば、より望ましい。
テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側あるいは物体側焦点を通る光学系のことである。このような光学系からなる光伝達光学系を用いることにより、光変調素子や偏光切替素子が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらない。そのため、両素子の位置合わせが容易であり、正確な画像の伝達を実現できる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が等倍伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、光変調素子の画素領域と同一寸法、同一形状の第１領域、第２領域を有する偏光切替素子を用いることによって、正確な画像の伝達を実現できる。

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が縮小伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子や投写光学系を小型化でき、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。

本発明のプロジェクターにおいて、前記光伝達光学系が拡大伝達光学系である構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせが容易となり、偏光切替素子の配置精度を確保し易い。

本発明のプロジェクターにおいて、前記偏光切替素子を少なくとも前記第１領域と前記第２領域との配列方向に移動させることにより前記偏光切替素子の位置を調整する位置調整機構を備えた構成を採用できる。
この構成によれば、偏光切替素子に伝達された中間像と偏光切替素子との位置合わせ、特に第１領域と第２領域との配列方向における位置合わせが容易となるため、投写画像の局所的な偏光状態の乱れを防止でき、高画質の表示画像を得やすい。

本発明のプロジェクターにおいては、前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えた構成を採用できる。あるいは、前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えた構成を採用できる。
これらの構成によれば、偏光切替素子に入射する偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子で投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。

本発明の第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。 偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。 偏光切替素子の他の例を示す図である。 偏光切替素子の他の例を示す図である。 偏光切替素子の他の例を示す図である。 偏光切替素子の他の例を示す図である。 光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。 光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。 光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。 光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
本実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを３組使用した、いわゆる３板式の液晶プロジェクターを例示する。また、本実施形態のプロジェクターは、画像データの書き込み形態として線順次方式を採用している。
図１は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態のプロジェクターの偏光切替素子を示す図であり、図２（Ａ）はｚ軸方向から見たｘｙ平面図、図２（Ｂ）はｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）は偏光切替素子と画像光との対応関係を説明するための図である。図４〜図７は偏光切替素子の他の例を示す図であり、図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）、図７（Ａ）はｚ軸方向から見たｘｙ平面図、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）はｘ軸方向から見たｙｚ平面断面図である。図８（Ａ）〜（Ｅ）は光伝達光学系のいくつかの構成例を示す図である。図９は光伝達光学系に光路長補正光学系を付加した構成例を示す図である。図１０は光伝達光学系において光路長を補正する他の構成例を示す図である。図１１は光伝達光学系に偏光補償光学系を付加した構成例を示す図である。
なお、以下の全ての図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

本実施形態のプロジェクター１は、図１に示すように、光源２と、インテグレーター光学系３と、色光分離光学系４と、光路長補正用リレー光学系５と、各色光を変調する３つの液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ（光変調素子）と、色光合成光学系７と、光伝達光学系８と、偏光切替素子９と、投写光学系１０と、を主に備えている。なお、本実施形態の構成では、２つの光伝達光学系が存在するため、照明光路の光路長を補正する目的で用いる方を「光路長補正用リレー光学系５」、液晶ライトバルブが生成した画像光を偏光切替素子に伝達する目的で用いる方を「光伝達光学系８」（特許請求の範囲の「光伝達光学系」に相当）と呼称して区別する。

以下、プロジェクター１の各構成要素について説明する。
光源２は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなり、白色光を射出する光源ランプ１２と、光源ランプ１２からの光を反射してインテグレーター光学系３に向けて射出させるリフレクター１３と、を有している。インテグレーター光学系３は、フライアイレンズ等からなる第１レンズアレイ１４および第２レンズアレイ１５と、重畳レンズ１６と、を有している。インテグレーター光学系３は、光源２から射出された光の照度分布を各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ上で略均一化する機能を有している。

色光分離光学系４は、ダイクロイックミラー１８，１９と、反射ミラー２０と、を有している。ダイクロイックミラー１８，１９は、例えばガラス表面に誘電体多層膜を積層したものであり、入射した白色光に含まれる所定の波長帯域の色光を選択的に反射させ、それ以外の波長帯域の色光を透過させる特性を有している。ダイクロイックミラー１８は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー１９は、ダイクロイックミラー１８で反射した色光のうち、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過する。反射ミラー２０は、ダイクロイックミラー１８を透過した赤色光ＬＲを赤色光変調用液晶ライトバルブ６Ｒの平行化レンズ２１に向けて反射させる。

光路長補正用リレー光学系５は、入射側レンズ２３と、リレーレンズ２４と、反射ミラー２５，２６と、を有しており、青色光ＬＢが他の色光ＬＲ，ＬＧに比べて液晶ライトバルブ６Ｂまでの光路長が長いことによる光損失を補正する機能を有している。入射側レンズ２３は、リレーレンズ２４に光を効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ２４は、入射側レンズ２３近傍の光を平行化レンズ２１を経て青色光変調用液晶ライトバルブ６Ｂに伝達する機能を有している。光路長補正用リレー光学系５により、入射側レンズ２３に入射した青色光ＬＢは、光強度分布が略保存された状態で光損失を殆ど伴うことなく、空間的に離れた液晶ライトバルブ６Ｂに伝達される。

各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを備え、透過率を独立に制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された構成を有している。光透過領域には複数の走査線と複数のデータ線とが互いに交差して設けられ、複数のデータ線に画像データを供給する一方、複数の走査線を一方から他方に線順次に走査することにより、各走査線に対応する行方向（画面の水平方向）に並ぶ複数の画素に画像データが書き込まれる。例えば、赤色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｒは、平行化レンズ２１によって略平行化されて入射した赤色光を画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した画像光を射出する。緑色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｇ、青色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｂの作用も赤色光変調用の液晶ライトバルブ６Ｒと同様である。なお、以下の説明では、行方向に並ぶ複数の画素からなる行を「ライン」と呼ぶこともある。

また、本実施形態の場合、画像データは、左眼用画像に対応する第１画像データと右眼用画像に対応する第２画像データとで構成されている。第１画像データは、例えば最上行、上から３番目の行、上から５番目の行、…というように各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの奇数ラインに対して画面の上側から下側に向けて線順次方式で書き込まれる。一方、第２画像データは、例えば上から２番目の行、上から４番目の行、上から６番目の行、…というように各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偶数ラインに対して画面の上側から下側に向けて線順次方式で書き込まれる。線順次方式では、行方向に並ぶ複数の画素の全てに対して同時に画像データが書き込まれ、その画素群が列方向（画面の垂直方向）に順次移動することで全画素への画像データが書き込まれ、１フレームの画像が完成する。

すなわち、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、左眼用画像に対応する第１画像データが書き込まれる奇数ラインからなる第１書込領域と、右眼用画像に対応する第２画像データが書き込まれる偶数ラインからなる第２書込領域と、を有している。したがって、第１書込領域、第２書込領域の各々は、行方向に並ぶ複数の画素からなるラインに相当する。このように、第１画像データと第２画像データとは各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに順次書き込まれ、この書き込み動作がフレーム毎に繰り返される。そして、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂは、書き込まれた第１画像データおよび第２画像データに基づいて入射光を変調する。

色光合成光学系７は、クロスダイクロイックプリズム２８と、波長選択位相板２９と、を有している。クロスダイクロイックプリズム２８は、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、クロスダイクロイックプリズム２８の選択反射面になる。クロスダイクロイックプリズム２８の内面に、赤色光ＬＲが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、青色光ＬＢが反射し緑色光ＬＧが透過する選択反射面と、が互いに直交して形成されている。クロスダイクロイックプリズム２８に入射した緑色光ＬＧは、選択反射面を通ってそのまま射出され、赤色光ＬＲ、青色光ＬＢは、選択反射面で選択的に反射して、緑色光ＬＧの射出方向と同じ方向に射出される。

波長選択位相板２９は、入射光のうち、特定の波長帯域の色光の偏光状態を選択的に変換するものであり、例えばColor Select（Color Link社の商品名）等を用いることができる。すなわち、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出される画像光は射出側偏光板（図示せず）を透過した直線偏光であり、色光合成光学系７であるクロスダイクロイックプリズム２８での効率を考慮して、緑色光ＬＧはＰ偏光、赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢはＳ偏光の状態でクロスダイクロイックプリズム２８に入射し、カラー画像を形成する画像光に合成されて射出される。クロスダイクロイックプリズム２８から射出された画像光は、波長選択位相板２９に入射し、緑色光ＬＧの偏光方向のみが９０度回転してＳ偏光となり、偏光状態が揃った３つの色光で構成された画像光となって波長選択位相板２９から射出される。このように全ての色光でその偏光状態を揃えた場合には、後述する光伝達光学系８において色光間で伝達特性を揃えやすく、高い伝達効率を実現しやすい。勿論、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出側偏光板（図示せず）を透過して射出される各色光ＬＲ，ＬＧ，ＬＢが、全て同じ状態の直線偏光（例えば、Ｓ偏光）となる構成を採用することもでき、その場合には波長選択位相板２９は不要である。

光伝達光学系８は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３２と、射出側レンズ３３と、を有している。光伝達光学系８は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光を偏光切替素子９に伝達し、偏光切替素子９の位置において結像させて中間像を形成する機能を有している。本実施形態の光伝達光学系８は等倍伝達光学系を採用するが、縮小伝達光学系や拡大伝達光学系を採用しても良い。光伝達光学系８の結像倍率については後述する。

入射側レンズ３１は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとクロスダイクロイックプリズム２８との間に配置されている。入射側レンズ３１は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光をリレーレンズ３２に効率良く入射させる機能を有している。リレーレンズ３２は、入射側レンズ３１近傍の画像光を、クロスダイクロイックプリズム２８を介して一つに合成しつつ、偏光切替素子９上で結像させ、中間像を形成するように伝達する機能を有している。なお、クロスダイクロイックプリズム２８の色光合成特性は入射角依存性を有するため、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの射出側には入射側レンズ３１を配置せず、一つの入射側レンズをクロスダイクロイックプリズム２８の射出端面に近接させて配置しても良い。その構成とした場合、色光合成時に発生し易い色ムラを低減することができる。射出側レンズ３３は、リレーレンズ３２から射出された画像光を偏光切替素子９に効率良く入射させる機能を有している。

光伝達光学系８は、例えば歪曲収差や倍率色収差などの光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましく、リレーレンズ３２においても同様である。この観点から、リレーレンズ３２を複数のレンズで構成する、非球面レンズを使用する、低分散性の硝材を用いるなどの手段を採用するのが効果的である。また、光伝達光学系８は、レンズに限定することなく、反射ミラーなどを用いたり、レンズと反射ミラーとを組み合わせたりして構成しても良い。なお、入射側レンズ３１や射出側レンズ３３は、伝達効率を向上させる面で有効であるが、必須の光学要素ではなく、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出される画像光の特性や光伝達光学系の構成によっては備えなくても良い。

光伝達光学系８は、光学収差の発生が少ない光学系であることが望ましいと述べたが、より詳しくは、画像伝達特性の波長依存性が小さい光学系であることが望ましい。その理由は、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂでは波長域の異なる光によって赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像が形成され、それらの画像が一つの光伝達光学系８で扱われるためである。そのためには、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。光伝達光学系８として画像伝達特性の波長依存性がゼロもしくは小さい光学系を用いた場合、波長域が異なる光による赤色光用画像、緑色光用画像、青色光用画像の全てが偏光切替素子９の設置位置で結像することにより中間像が形成される。

あるいは、画像伝達特性の波長依存性を小さくするための他の手段として、図９に示すように、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの射出側に光路長補正光学系を配置して光路毎に光路長を補正する方策が採用できる。ここでは、光路長補正光学系の一例として、レンズ特性（例えば曲率、材質）が異なる３つの平凸レンズ３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂを光路毎に用いた場合を示す。光路毎にレンズ特性を最適化することで画像伝達時の波長依存性を小さくできる。あるいは、図１０に示すように、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと偏光切替素子９との間の距離ＤＲ，ＤＧ，ＤＢを変えて光路毎に光路長を補正する、などの方策が採用できる。なお、図１０では図面を見易くするため、距離ＤＲ，ＤＧ，ＤＢを示す矢印を各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出光軸までのみ描いた。

さらに、複数の液晶ライトバルブを備えた構成では、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像光を正確に重畳しつつ偏光切替素子９に確実に伝達するために、上述の光伝達光学系８の光学特性を考慮しつつ、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂと偏光切替素子９との間の光学距離を所定の関係に設定する必要がある。すなわち、各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの投写光軸方向における位置を正確に設定する必要がある。ところが、これは容易なことではない。そこで、少なくとも液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側の片側に、好ましくは、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側と偏光切替素子９側の両側にテレセントリック性を有する光伝達光学系を用いることが望ましい。テレセントリック性を有する光学系とは、主光線が像側焦点あるいは物体側焦点を通る光学系である。このような光学系を用いることにより、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂや偏光切替素子９が光軸方向に位置ずれを生じても、伝達される画像の寸法および形状が変わらない。そのため、両素子の位置合わせが容易となり、正確な画像伝達を実現できる。

このようなテレセントリック性を有する光伝達光学系のいくつかの例を図８（Ａ）〜（Ｅ）に示す。図８（Ａ）は、レンズ方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、２つのレンズ３７Ａ，３７Ｂと１つの光学絞り３８とを備えている。図８（Ｂ）は、ミラー方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、３つの反射ミラー３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃを備えている。図８（Ｃ）は、レンズ・ミラー併用方式の両側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、２つのミラー４０Ａ，４０Ｂ，４１Ａ，４１Ｂの対が２対と１つのレンズ４２とを備えている。図８（Ｄ）は、両側テレセントリックの縮小伝達光学系の例であり、２つのレンズ４３Ａ，４３Ｂと１つの光学絞り４４とを備えている。図８（Ｅ）は、物体側テレセントリックの光伝達光学系の例であり、１つのレンズ４５と１つの光学絞り４６とを備えている。

なお、色光合成光学系７であるクロスダイクロイックプリズム２８も、光伝達光学系８と同様、光学収差の発生が少ない素子とすることが望ましく、ゼロ分散や低分散性の光学材料を用いて構成することが望ましい。

偏光切替素子９は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、支持基板４３と、第１波長板４４、第２波長板４５の２種類の波長板からなる偏光素子４６と、を有している。支持基板４３は、例えば石英ガラス等の偏光性を持たない透明基板で構成されている。偏光素子４６は、複数の第１波長板４４と複数の第２波長板４５とが各波長板の短手方向に交互に配列された構成となっている。第１波長板４４と第２波長板４５とは、寸法および形状が同一の細長い矩形状の板体であり、支持基板４３の一面に例えば光学接着剤により固定されている。なお、偏光切替素子９には各液晶ライトバルブからの画像光が伝達され、光強度が大きな光が入射することから、画像光の偏光状態を乱さない観点で、偏光切替素子９は光弾性係数の小さい材料を用いて構成することが望ましい。

偏光切替素子９は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの奇数ライン（第１書込領域）からの光が入射される第１領域と、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偶数ライン（第２書込領域）からの光が入射される第２領域とを有している。第１領域は第１波長板４４が配置された領域であり、第２領域は第２波長板４５が配置された領域である。偏光切替素子９は、後述する第１波長板４４、第２波長板４５の光学軸の配置の違いを利用して、第１領域から射出された光と第２領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように、入射光の偏光状態を切り替える機能を有している。

本実施形態では、上述したように、光伝達光学系８によって液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ上の光学像を略等倍で偏光切替素子９に伝達する構成を採用している。そのため、各波長板４４，４５の形状、長手方向および短手方向の寸法は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの行方向に並ぶ複数の画素からなる画素群の形状、長手方向および短手方向の寸法と略一致している。また、偏光切替素子９における第１波長板４４と第２波長板４５との総和、すなわち第１領域と第２領域との総和は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにおける画素の行数（ライン数）と一致している。なお、偏光切替素子９における第１波長板４４と第２波長板４５との総和は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにおける画素の行数と必ずしも一致していなくても良い。この点については後述する。

本実施形態において、第１波長板４４と第２波長板４５とは、ともに１／４波長板であり、直線偏光を円偏光に変換する機能を有している。そして、第１波長板４４と第２波長板４５とは、光学軸（進相軸あるいは遅相軸）の配置のみが異なっている。すなわち、図２（Ａ）に示すように、第１波長板４４は、その進相軸（矢印ＰＡで示す）が左上方向−右下方向を結ぶ斜め４５度方向に配置されている。第２波長板は、その進相軸（矢印ＰＢで示す）が第１波長板の進相軸と直交する方向、すなわち、左下方向−右上方向を結ぶ斜め４５度方向に配置されている。各波長板４４，４５は、複屈折性を有する光学結晶やその積層体、高分子重合体を延伸して光学異方性を発現させた高分子フィルムやその積層体、異方性を有する無機物を延伸させて光学異方性を発現させた多層膜構造体、周期的な微細構造の形成によって構造複屈折性を発現させた構造体などを用いて構成することができる。

また、図１に示すように、偏光切替素子９は保持部材４８によって保持されており、保持部材４８には偏光切替素子９の位置を調整するための位置調整機構４９が設けられている。この構成により、偏光切替素子９は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の全ての方向に位置調整が可能となっている。液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに形成された画像の行方向に並ぶ画素群と偏光切替素子９の第１領域、第２領域とが１対１で対応するように、光伝達光学系８は液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像を偏光切替素子９の所定の位置に正確に伝達する必要がある。そこで、上述の位置調整機構４９を備えることにより、光伝達光学系８や偏光切替素子９の調整（位置合わせ）が行い易くなる。

なお、偏光切替素子９は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の全ての方向に位置調整が可能となっていることが望ましいが、少なくとも第１領域と第２領域との配列方向（ｙ軸方向）に位置調整が可能となっていることが望ましい。この構成によれば、偏光切替素子９に伝達された中間像と偏光切替素子９の第１領域と第２領域との配列方向における位置合わせが容易となる。偏光切替素子９の第１領域と第２領域との配列方向における位置合わせが不十分な場合に生じる投写画像の局所的な偏光状態の乱れを防止でき、高画質の表示画像を得やすい。

以下、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光が、偏光切替素子９によって所定の偏光状態を有する画像光に変換されて射出される様子を、図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は偏光切替素子９に入射する画像光の状態を示し、図３（Ｂ）は偏光切替素子９の状態を示し、図３（Ｃ）は偏光切替素子９から射出する画像光の状態を示している。

偏光切替素子９に入射した画像光を仔細に見ると、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの垂直方向への線順次走査での画像データの書き込みに対応して、その画像はライン単位で連続的に書き換えられている。すなわち、偏光切替素子９に入射した画像光によって形成される中間像は、図３（Ａ）に示すように、ある時点において、前のフレームの画像と新たに書き換えられた現行のフレームの画像とが所定の境界位置Ｘを挟んで併存している。各フレームの画像において、左眼用画像Ｌに対応する第１画像データと右眼用画像Ｒに対応する第２画像データとはライン単位で交互に配置された構成となっている。すなわち、第１画像データに対応する左眼用画像Ｌは奇数ラインに現れ、第２画像データに対応する右眼用画像Ｒは偶数ラインに現れる。

そして、図３（Ｂ）に示すように、偏光切替素子９の第１波長板４４は、その進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め４５度方向（矢印ＰＡの方向）に配置され、第２波長板４５は、その進相軸が左下方向−右上方向を結ぶ斜め４５度方向（矢印ＰＢの方向）に配置されている。ここで、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像光は直線偏光、例えば図３（Ｂ）のｙ軸方向に振動方向を有するＳ偏光の状態で偏光切替素子９に入射する。この場合、第１波長板４４に入射した画像光は、第１波長板４４の進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め４５度方向に設定されているため、左回りの円偏光となって射出される。一方、第２波長板４５に入射した画像光は、第２波長板４５の進相軸が左下方向−右上方向を結ぶ斜め４５度方向に設定されているため、右回りの円偏光となって射出される。

したがって、図３（Ｃ）に示すように、前のフレームの画像と現行のフレームの画像とが所定の境界位置Ｘを挟んで併存した状態で、全ての左眼用画像は第１の偏光状態である左回りの円偏光に変換され、全ての右眼用画像は第２の偏光状態である右回りの円偏光に変換される。このようにして、左眼用画像あるいは右眼用画像を所定の偏光状態に選択的に変換することができ、左眼用画像と右眼用画像とを異なる偏光状態とすることができる。

観察者は、このような偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とが混在した投写画像を、左眼用に左回りの円偏光のみを透過する偏光素子、右眼用に右回りの円偏光のみを透過する偏光素子をそれぞれ備えた偏光メガネを通して観察する。すると、左眼用画像と右眼用画像とが正確に分離され、観察者は、左眼用画像を左眼のみで視認し、右眼用画像を右眼のみで視認することができる。このようにして、良好な立体視状態を得ることができる。

以上のように、本実施形態によれば、プロジェクターが１台で済み、さらに左眼用、右眼用の空間光変調素子をそれぞれ備える必要がないため、装置の大型化、製造コストの高騰を招くことがなく、小型で安価な立体視が可能なプロジェクターを実現することができる。また、シャッターメガネ等を用いて遮光することにより、左眼用画像と右眼用画像とを時間的に分離するわけではなく、左眼用画像と右眼用画像とを常時観察した状態で立体画像を視認するため、全体的な投写画像の明るさを確保することができる。

また、仮に波長依存性を有する光伝達光学系を用いたとすると、３組の液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光が同じ位置に結像しない場合があり、表示画像の色ムラの発生、色再現性の低下等の問題が生じる虞がある。これに対して、本実施形態のプロジェクター１によれば、光伝達光学系８が、３組の液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにより変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全てを偏光切替素子９の位置に結像させて中間像を形成するため、色ムラがなく、色再現性に優れた表示画像を得ることができる。

［偏光切替素子の他の構成例１］
本実施形態のプロジェクター１に適用可能な偏光切替素子の他の構成例を図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示した偏光切替素子９は、支持基板４３上に第１波長板４４、第２波長板４５をそれぞれ貼付した構成であった。この構成に代えて、本構成例の偏光切替素子５１は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、枠状の支持体５２の内部に第１波長板４４、第２波長板４５が交互に嵌め込まれた構成となっている。支持体５２は内部が刳り抜かれており、第１波長板４４および第２波長板４５は、支持体５２によって支持される端部を除いて略全てが支持体５２から露出した状態となっている。なお、偏光切替素子５１をｘ軸方向に沿って見た場合、内部に配置された第１波長板４４、第２波長板４５は枠状の支持体５２の光透過性によっては不可視となるが、図４（Ｂ）では枠状の支持体５２が光透過性を有する場合を想定して描かれている。後述する図７（Ｂ）も同様の観点で描かれている。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示した偏光切替素子９では、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光が、第１波長板４４あるいは第２波長板４５に加えて支持基板４３を透過する構成であった。これに対して、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す本構成例の偏光切替素子５１では、支持基板がなく、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光が、第１波長板４４あるいは第２波長板４５のみを透過する構成であるから、画像光の偏光状態に悪影響を与える構成部材が存在しない点で好ましい。

［偏光切替素子の他の構成例２］
本実施形態のプロジェクター１に適用可能な偏光切替素子のさらに他の構成例を図５（Ａ）、（Ｂ）に示す。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示した偏光切替素子９では、光学軸配置が異なる２種類の１／４波長板からなる第１波長板４４、第２波長板４５が支持基板４３上に設けられていた。この構成に代えて、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す本構成例の偏光切替素子５５では、１種類の１／２波長板からなる波長板５６が支持基板４３上に貼付されている。この偏光切替素子５５は、複数の波長板５６が、波長板５６の短手方向の寸法の２倍のピッチでｙ軸方向に離間して配置された構成となっている。そして、所定の間隔をおいて配置された波長板５６の間には、偏光性を持たないガラス等からなる透明部材５７が配置されている。本構成例では、波長板５６の設置位置を左眼用画像が入射される第１領域とし、透明部材５７の設置位置を右眼用画像が入射される第２領域とする。

あるいは、第２領域に透明部材５７を配置することなく、空気層としても良い。この構成とした場合、透明部材５７を削減でき、偏光切替素子５５の低コスト化が図れる。

上記構成の偏光切替素子５５に画像光、例えば図５（Ａ）のｙ軸方向に振動方向を有するＳ偏光が入射したとする。この場合、波長板５６に入射した画像光は、波長板の進相軸が左上方向−右下方向を結ぶ斜め４５度方向（矢印ＰＡで示す方向、もしくは左下方向−右上方向でも良い）に設定されているため、偏光方向が９０度回転されたＰ偏光となり、偏光切替素子５５から射出される。一方、透明部材５７に入射した画像光は、偏光回転の作用を受けることなく、入射時と同様のＳ偏光の状態で射出される。したがって、全ての左眼用画像は第１の偏光状態であるＰ偏光となり、全ての右眼用画像は第２の偏光状態であるＳ偏光となる。このように、左眼用画像あるいは右眼用画像を所定の偏光状態に選択的に変換することができ、左眼用画像と右眼用画像とを異なる偏光状態とすることができる。

観察者は、このような偏光状態が異なる左眼用画像と右眼用画像とが混在した投写画像を、左眼用にＰ偏光のみを透過する偏光素子、右眼用にＳ偏光のみを透過する偏光素子をそれぞれ備えた偏光メガネを通して観察する。すると、左眼用画像と右眼用画像とが正確に分離され、観察者は、左眼用画像を左眼のみで視認し、右眼用画像を右眼のみで視認することができる。これにより、良好な立体視状態を得ることができる。

［偏光切替素子の他の構成例３］
上記の構成のように、波長板に加えて、偏光性を持たないガラス等の透明部材を用いる場合、波長板と光学的厚み（光学距離）が略同じとなるような透明部材を用いることが望ましい。例えば図６（Ａ）、（Ｂ）に示す偏光切替素子５９のように、透明部材８０の屈折率が波長板８１の屈折率よりも大きい場合、透明部材８０の物理的厚みを波長板８１の物理的厚みよりも小さくして、透明部材８０の光学的厚みと波長板８１の光学的厚みとが略同じとなるように調整する。このように、透明部材８０の物理的厚みと波長板８１の物理的厚みとが異なる場合、透明部材８０と波長板８１とを支持基板４３上に配置することで、厚み方向（ｚ軸方向）の一方の端面が透明部材８０と波長板８１とで揃って配置されるため、この端面を平坦面とすることができる。その平坦面を液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像の伝達面とすることが望ましい。これにより、偏光切替素子５９の波長板８１の配列に対する中間像の位置合わせが容易となる。

このように、波長板８１と透明部材８０とで光学的厚みを略同じとした場合、偏光切替素子５９上に伝達された中間像を投写光学系１０によって投写面（スクリーン）上に投写表示する際に、偏光切替素子５９上に伝達された中間像面内のいずれの位置においても偏光切替素子５９と投写光学系１０との間の光学距離が一定となる。そのため、焦点深度が比較的浅い投写光学系を使用でき、投写光学系を小型化、低コスト化し易い。

［偏光切替素子の他の構成例４］
あるいは、支持基板４３を用いる構成に代えて、図７（Ａ）、（Ｂ）に示す偏光切替素子６３のように、枠状の支持体５２の内部に波長板８１と透明部材８０とが交互に嵌め込まれた構成としても良い。この場合も、透明部材８０と波長板８１との厚み方向の一方の端面を支持体５２によって規定される仮想平面に突き当てて揃えて平坦面とし、その平坦面を液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像の伝達面とすることが望ましい。あるいは、波長板８１と透明部材８０の厚み（ｚ軸方向の寸法）が仮想平面を中心にその前後で等しくなるように揃えて配置し、その仮想平面を液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの画像の伝達面としても良い。

［偏光切替素子の他の構成例５］
偏光切替素子９における第１領域と第２領域との総和は、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにおける画素の行数（ライン数）と一致していることが望ましいが、これに限定されるものではない。偏光切替素子９の第１領域と第２領域との総和が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素の行数と一致しない場合には、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの行方向の画素群と偏光切替素子９の各領域とが１対１で対応しないため、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂでの各画像データの境界位置と偏光切替素子９での偏光状態が異なる領域の境界位置とが完全には一致しない。そのため、例えば境界位置の近傍で本来第１偏光状態となるべき光束が第２偏光状態として射出される等、投写画像の局所的な偏光状態の乱れが若干生じることになる。しかしながら、偏光状態の乱れが生じる領域の大きさが画像全体の大きさに比べてごく僅かであれば、実用上ほとんど問題とならない。

この観点から、偏光切替素子９の第１領域と第２領域との総和が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素の行数（ライン数）よりも少ない構成としても良い。液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素の行数に対して、その１／２程度以上の数の第１領域、第２領域が形成されていれば、偏光切替素子９としてほぼ所望の効果を得られる。偏光切替素子９の第１領域と第２領域との総和が液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素の行数よりも少ない構成の場合、使用する波長板の数が減らせるため、低コスト化が図れる。

［光伝達光学系の他の構成例］
上記実施形態では、光伝達光学系８を等倍伝達光学系としたが、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ上の光学像を相似的に縮小もしくは拡大して伝達する構成であっても良い。すなわち、光伝達光学系８を縮小伝達光学系もしくは拡大伝達光学系としても良い。液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで形成された光学像を縮小して偏光切替素子９に伝達する構成では、偏光切替素子９や投写光学系１０を小型化できるため、プロジェクター全体の小型化、低コスト化が図り易い。逆に、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂで形成された光学像を拡大して偏光切替素子９に伝達する構成では、伝達された画像と偏光切替素子９との位置合わせが容易となり、偏光切替素子９の配置精度を確保し易い。

上記実施形態の場合、偏光切替素子９は投写光学系１０の焦点位置に配置され、偏光切替素子９と投写光学系１０との間には空気以外の介在物が存在しないため、バックフォーカス長が極めて短い投写光学系を用いることができる。バックフォーカス長が短くなる程、Ｆ値が小さく大口径であるにもかかわらず、高性能な投写光学系１０をより容易に実現できる。したがって、光伝達光学系８における画像伝達の倍率を等倍以外に設定した場合でも、この構成に対応する投写光学系１０を比較的容易に実現することができる。

［偏光素子を併用した構成例］
また、偏光切替素子９で画像光の偏光状態を正確に切り替えるためには、偏光切替素子９に入射する画像光は偏光度が高い直線偏光であることが望ましい。あるいは、偏光切替素子９における波長板等の構成によっては真円度の高い円偏光であっても良い。不図示の射出側偏光板を通して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された画像光は偏光度が高い直線偏光であるが、偏光切替素子９に至る途中に存在する色光合成光学系７、例えば、誘電体多層膜で形成されたダイクロイック膜を有するクロスダイクロイックプリズム２８や、曲率を有するレンズ類を備える光伝達光学系８によって、偏光が乱され、偏光度が低下する。

そこで、光伝達光学系８と偏光切替素子９との間に、偏光切替素子９に入射する画像光の偏光度を高めるための偏光素子を配置しても良い。偏光素子としては、高分子素材の延伸フィルムを用いた光吸収型偏光素子、光吸収性の微粒子を配向させた光吸収型偏光素子、構造複屈折性を利用した光吸収型あるいは光反射型偏光素子などを用いることができる。ただし、これらの偏光素子は、いずれも不要な偏光成分の光を吸収あるいは反射して排除することで画像光の偏光度を向上させる素子であるため、偏光切替素子９の直前（液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側）に配置することが望ましい。設置スペースが限られることを考慮すると、光吸収型偏光素子が利用し易いが、反射型偏光素子を用いて、不要な偏光成分の光を透過させて排除し、反射光である画像光を偏光切替素子９に入射させる構成としても良い。

これらの偏光素子を偏光切替素子９の直前（液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側）に配置することにより、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから偏光切替素子９に至る段階で画像光の偏光度が低下した場合でも、偏光切替素子９に入射する直線偏光の偏光度が高められる。そのため、偏光切替素子９で画像光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質な立体視状態を実現できる。

［偏光補償光学系を併用した構成例］
上記の光吸収型あるいは光反射型偏光素子を用いる方策では、偏光素子がいずれも不要な偏光成分の光を排除することで画像光の偏光度を高める素子であるため、画像光の光量低下が避けられない。そこで、偏光切替素子に入射する画像光の偏光度を高める他の方策として、色光合成光学系７や光伝達光学系８に起因して生じる偏光の乱れを補償する偏光補償光学系を用いる構成を採用できる。偏光補償光学系では、不要な偏光特性の光を補償して有用な偏光特性の光に大きな光損失を伴うことなく変換できるため、画像光の光量低下を小さく抑えることができる。

具体的には、図１１に示すように、偏光補償光学系５３を、光伝達光学系８のリレーレンズ３２と偏光切替素子９との間の光路上に配置することが望ましい。この構成によれば、偏光切替素子９に入射する直前で偏光の偏光度を高められるため、偏光切替素子９によって投写光の偏光状態を正確に切り替えることができ、高画質の立体画像表示を実現できる。

偏光補償光学系５３としては、周知のレクチファイアを用いることができる。レクチファイアは１／２波長板７１と屈折力の無いレンズ７２から構成される。屈折力の無いレンズ７２は、一対の強い屈折面を持つ凸レンズ７３と凹レンズ７４の組み合わせで構成される。屈折力の無いレンズ７２は、透過光線のＰ偏光成分とＳ偏光成分に透過率差を生じさせ、偏光面を回転させることができる。その曲面の曲率半径、ガラス屈折率を調整することで、偏光の回転の度合いを広範囲に調節することが可能である。さらに、１／２波長板７１の表面や、屈折力の無いレンズ７２の各面に所望のリターデーションを発生する誘電体多層膜を形成することで、透過光線に所望のリターデーションを付与することができる。

液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから射出された各色の偏光がクロスダイクロイックプリズム２８やリレーレンズ３２を透過することで生じる偏光変化は、完全に同一ではない。クロスダイクロイックプリズム２８においては、緑色光（Ｇ光）はＲ光反射面およびＢ光反射面を透過する。赤色光（Ｒ光）はＲ光反射面で反射しＢ光反射面を透過する。青色光（Ｂ光）はＢ光反射面を透過しＢ光反射面で反射する。したがって、各色光がＲ光反射面、Ｂ光反射面の誘電体多層膜（Ｒ光反射ダイクロイック膜、Ｂ光反射ダイクロイック膜）で受けるリターデーションは異なる。また、リレーレンズ３２においてはガラス屈折率の色分散により、偏光面の回転度合いが色光毎に異なる。

以上の理由により、レクチファイアで全波長域にわたって完全に偏光変化を元に戻すことは難しく、それを実現するためには偏光補償光学系の大型化、複雑化、大幅なコストの高騰を招く虞がある。この場合、例えば人間の視感度の最も高いＧ光の偏光補償を重視してレクチファイアを構成しても良い。具体的には、Ｇ光の受けるリターデーションおよび偏光面の回転を最小にするように、レクチファイアの誘電体多層膜と屈折力の無いレンズ７２の曲率半径、ガラス材料を調整する。このようにすることで、偏光補償光学系５３（レクチファイア）の大型化、複雑化、コスト高騰を避けながらも、最も効果的に画像光の偏光状態を補償して、高画質の立体画像を表示することができる。なお、光源２として超高圧水銀ランプ等の水銀ランプを使用する場合は、Ｇ光波長域で最も強度の高いｅ線（５４６．１ｎｍ）付近でリターデーションおよび偏光面回転を最小にすることが望ましい。

偏光補償光学系５３が配置可能な場所は、スペースの制約等から各液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂからの色光がクロスダイクロイックプリズム２８で合成された以降（偏光切替素子９側）であって、偏光切替素子９に近い位置に限定される。また、赤色光、緑色光、青色光の各光路では、介在するダイクロイック素子等の光学特性が異なり、使用される光学材料が波長分散性を有する等の理由により、各光路における偏光度の低下の度合いが一様ではない。そのため、偏光切替素子９に入射する画像光の偏光度を全波長域にわたって補償することはできない。そこで、本構成では、偏光度の低下が最も大きい色光に合わせて偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。あるいは、偏光度の低下が３色の色光間で平均化されるように偏光補償量を設定する方策を採用することが望ましい。

なお、本例においては、クロスダイクロイックプリズム２８やリレーレンズ３２で発生するリターデーションを補償するための誘電体多層膜をレクチファイアを構成する光学素子の少なくとも１面以上に形成していた。ところが、誘電体多層膜の形成位置はレクチファイアに限定されることはなく、同等の機能を果たすのであれば他の光学素子の面に形成してもよい。具体的には、クロスダイクロイックプリズム２８の光射出面や、リレーレンズ３２の各レンズ面が挙げられる。さらには、これらの面には通常反射防止膜が形成されているが、これらの面の少なくとも一面に反射防止膜を形成しないことで、効果的に補償用のリターデーションを発生させることも可能である。

また、レクチファイアの配置位置は、リレーレンズ３２の後段（光射出側）に限らず、リレーレンズ３２の前段（光入射側）でもよい。この場合、例えば、図１１に示したレクチファイアのうちの、屈折率の無いレンズ７２を前段に配し、１／２波長板７１を後段に配するとよい。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図１２を用いて説明する。
第１実施形態では、光変調素子として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、本実施形態のプロジェクターでは、光変調素子として反射型の液晶ライトバルブを用いた構成例を挙げて説明する。
図１２は本実施形態のプロジェクターの概略構成図である。図１２において、第１実施形態の図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態のプロジェクター６１においては、図１２に示すように、インテグレーター光学系３を構成する重畳レンズ１６の射出側に、色光分離光学系６２であるダイクロイックミラー６３，６４が備えられている。ダイクロイックミラー６３は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを反射させ、赤色光ＬＲを透過する。ダイクロイックミラー６４は、緑色光ＬＧと青色光ＬＢとを透過し、赤色光ＬＲを反射させる。また、ダイクロイックミラー６３で反射した緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路上に、反射ミラー６５と、ダイクロイックミラー６６と、が備えられている。ダイクロイックミラー６６は、ダイクロイックミラー６３で反射された緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢのうち、緑色光ＬＧを反射させ、青色光ＬＢを透過する。

ダイクロイックミラー６４で反射した赤色光ＬＲは、反射ミラー６７で反射し、平行化レンズ２１を経て偏光分離プリズム６８に入射する。偏光分離プリズム６８は、例えばＰ偏光を透過してＳ偏光を反射させる偏光分離面を備えており、赤色光ＬＲは、偏光分離面によって特定の偏光状態、例えばＰ偏光となって反射型の液晶ライトバルブ６９Ｒに入射する。液晶ライトバルブ６９Ｒで異なる偏光状態に変調された光、例えばＳ偏光は、偏光分離プリズム６８の偏光分離面で反射し、色光合成光学系であるダイクロイックプリズム２８に入射する。ダイクロイックミラー６６で反射した緑色光ＬＧ、およびダイクロイックミラー６６を透過した青色光ＬＢの振る舞いは赤色光ＬＲと同様であり、説明を省略する。その他の構成および作用は第１実施形態と同様である。
なお、本構成例では、光伝達光学系８の入射側レンズ３１を偏光分離プリズム６８とクロスダイクロイックプリズム２８との間に配置しているが、偏光分離プリズム６８と液晶ライトバルブ６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂとの間に配置しても良い。さらには、３枚の入射側レンズ３１を集約してクロスダイクロイックプリズム２８の射出側に１枚配置しても良い。

本実施形態においても、小型、安価で、明るい立体画像表示が可能なプロジェクターを実現できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態では、偏光切替素子に、液晶ライトバルブの画素配列のうち、行方向に並ぶ複数の画素に対応した形状および寸法を有する波長板（あるいは透明部材）を用いる例を示したが、列方向に並ぶ複数の画素に対応した形状および寸法を有する波長板（あるいは透明部材）を用いても良い。また、光変調素子には、線順次方式に代えて、点順次方式の画像データの書き込み方式を用いる光変調素子を採用しても良い。その他、上記実施形態のプロジェクターの各部の具体的な構成は、上記実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。

１，６１…プロジェクター、２…光源、６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，６９Ｒ，６９Ｇ，６９Ｂ…液晶ライトバルブ（光変調素子）、７…色光合成光学系、８…光伝達光学系、９，５１，５５，５９，６３…偏光切替素子、１０…投射光学系、４９…位置調整機構、５３…偏光補償光学系。

Claims (11)

1. 光源と、
   左眼用画像に対応する第１画像データが書き込まれる第１書込領域と右眼用画像に対応する第２画像データが書き込まれる第２書込領域とを有し、前記光源から射出された波長域が異なる複数の色光を前記第１画像データおよび前記第２画像データに基づいてそれぞれ変調する複数の光変調素子と、
   前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を合成する光合成光学系と、
   前記光変調素子の前記第１書込領域からの光が入射される第１領域と前記光変調素子の前記第２書込領域からの光が入射される第２領域とを有し、前記第１領域から射出された光と前記第２領域から射出された光とが互いに異なる偏光状態となるように入射光の偏光状態を切り替える偏光切替素子と、
   前記複数の光変調素子により変調された複数の色光を前記偏光切替素子に伝達し、前記偏光切替素子の位置に結像させて中間像を形成する光伝達光学系と、
   前記偏光切替素子上に形成された前記中間像を投写する投写光学系と、
   を備えたことを特徴とするプロジェクター。
2. 前記光変調素子が、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
   前記第１書込領域と前記第２書込領域とは、各々が画面の水平方向に並ぶ複数の画素からなる一つの行で構成され、交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記偏光切替素子における前記第１領域と前記第２領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数と等しいことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記偏光切替素子における前記第１領域と前記第２領域との総和が、前記光変調素子における前記複数の画素の行数よりも少ないことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクター。
5. 前記光伝達光学系が、少なくとも前記光変調素子側にテレセントリック性を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のプロジェクター。
6. 前記光伝達光学系が、等倍伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記光伝達光学系が、縮小伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
8. 前記光伝達光学系が、拡大伝達光学系であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のプロジェクター。
9. 前記偏光切替素子を少なくとも前記第１領域と前記第２領域との配列方向に移動させることにより前記偏光切替素子の位置を調整する位置調整機構を備えたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のプロジェクター。
10. 前記光伝達光学系と前記偏光切替素子との間の光路上に、偏光状態の乱れを補償する偏光補償光学系を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のプロジェクター。
11. 前記偏光切替素子の入射側に配置された光吸収型あるいは光反射型の偏光素子を備えたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のプロジェクター。

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