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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024115205
(43)【公開日】2024-08-26
(54)【発明の名称】プロジェクタ
(51)【国際特許分類】
G03B 21/14 20060101AFI20240819BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240819BHJP
G02B 5/30 20060101ALI20240819BHJP
G02B 5/18 20060101ALI20240819BHJP
H04N 5/74 20060101ALI20240819BHJP
【ＦＩ】
G03B21/14 Z
G03B21/00 E
G02B5/30
G02B5/18
H04N5/74 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020772
(22)【出願日】2023-02-14
(71)【出願人】
【識別番号】520487808
【氏名又は名称】シャープディスプレイテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】臼倉 奈留
【テーマコード（参考）】
2H149
2H249
2K203
5C058
【Ｆターム（参考）】
2H149AA17
2H149BA04
2H149BA05
2H149DA05
2H149FA21W
2H149FA21Y
2H249AA12
2H249AA60
2H249AA61
2K203FA03
2K203FA24
2K203FA33
2K203FA42
2K203FA44
2K203FA62
2K203FA82
2K203GC09
2K203HA32
2K203HA35
2K203HA43
2K203HA45
2K203MA21
5C058BA35
5C058EA02
5C058EA13
(57)【要約】
【課題】光の利用効率が高く、かつ照射領域を切り替え可能なプロジェクタを提供する。
【解決手段】光源と、上記光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、上記分離されたＰ偏光を変調する第１の反射型ディスプレイと、上記分離されたＳ偏光を変調する第２の反射型ディスプレイと、上記反射型ディスプレイからの反射光を入射する投射レンズと、上記投射レンズの光出射側に配置された、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる偏向素子と、を備える、プロジェクタ。
【選択図】図１
【解決手段】光源と、上記光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、上記分離されたＰ偏光を変調する第１の反射型ディスプレイと、上記分離されたＳ偏光を変調する第２の反射型ディスプレイと、上記反射型ディスプレイからの反射光を入射する投射レンズと、上記投射レンズの光出射側に配置された、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる偏向素子と、を備える、プロジェクタ。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、
前記光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記分離されたＰ偏光を変調する第１の反射型ディスプレイと、
前記分離されたＳ偏光を変調する第２の反射型ディスプレイと、
前記反射型ディスプレイからの反射光を入射する投射レンズと、
前記投射レンズの光出射側に配置された、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる偏向素子と、
を備える
ことを特徴とするプロジェクタ。
前記光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記分離されたＰ偏光を変調する第１の反射型ディスプレイと、
前記分離されたＳ偏光を変調する第２の反射型ディスプレイと、
前記反射型ディスプレイからの反射光を入射する投射レンズと、
前記投射レンズの光出射側に配置された、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる偏向素子と、
を備える
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項2】
前記偏向素子は、液晶を用いた素子である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項3】
前記偏向素子は、ＰＢ偏向素子を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項4】
前記偏向素子は、前記ＰＢ偏向素子を２個以上有する
ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
【請求項5】
前記偏向素子は、前記ＰＢ偏向素子を４個以上有する
ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクタ。
【請求項6】
前記偏向素子は、切替可能な半波長板（ｓＨＷＰ）を有する
ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のプロジェクタ。
【請求項7】
前記偏向素子は、液晶回折素子を有し、
前記液晶回折素子は、電圧印加により液晶分子の配向を制御することで、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる素子である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
前記液晶回折素子は、電圧印加により液晶分子の配向を制御することで、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる素子である
ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項8】
前記偏向素子は、前記液晶回折素子を有する
ことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
ことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の開示は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【0002】
プロジェクタとは、映像を対象面に投影して表示する映像表示装置である。プロジェクタでは一般に、液晶を利用した反射型ディスプレイを映像源として用い、かつ入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタを用いる方式が知られている。このような方式は、偏光を利用することで歪みの少ない像を実現できる一方で、光の利用効率が低いという点で課題がある。
【0003】
そこで、光の利用効率を向上する観点から、反射型ディスプレイを２台用いる構成のプロジェクタが提案されている。例えば特許文献１には、反射型液晶表示装置として、偏光ビームスプリッタによって分離されたＳ偏光成分及びＰ偏光成分をそれぞれ処理する２台の液晶パネルユニットを用い、スクリーン上で投射光を重ね合わせて画像を映出する投射型表示装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平５－１１９２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、光の利用効率を向上する観点から、映像源として反射型ディスプレイを２台用いる構成のプロジェクタが提案されている。このようなプロジェクタは、光の利用効率の向上が見込まれるものの、コスト高になることや高精度な位置合わせが求められる点で改善の余地がある。例えば特許文献１に記載の投射型表示装置は、２台の液晶パネルユニットを用いる点でコスト高となり、輝度向上以外にコスト高に見合うだけの付加価値が期待できない。
【0006】
ところで近年、プロジェクタは、四角形等の一定のスクリーン上に光を照射してそこに映像を投影するだけのものにとどまらず、建築物等の立体物をスクリーンとして映像を投影するプロジェクションマッピング等でも利用されるようになっており、利用用途が広がっている。このようなプロジェクタにおいて照射領域を動かすことができれば、光の利用効率の更なる向上や用途の広がりが期待できるものの、従来のプロジェクタは一定のエリアだけを照射することを想定しており、照射領域を切り替えることができるものは未だ実用化されていないのが現状である。特許文献１に記載の投射型表示装置も照射領域が固定されており、切り替えることができない。
【0007】
図１５は、偏光ビームスプリッタを用い、かつ反射型ディスプレイを２台用いる構成のプロジェクタ（比較形態のプロジェクタと称す）において、光の照射機構を検討した図である。図１５に示すように、この比較形態のプロジェクタ１Ｒは、光の出射方向に、光源１０、レンズ２０、偏光ビームスプリッタ３０、２台の反射型ディスプレイ４１、４２、及び、投射レンズ５０を備える。光源１０からの光がレンズ２０で略平行となって偏光ビームスプリッタ３０に入射し、このうちＰ偏光は偏光ビームスプリッタ３０を透過して反射型ディスプレイ４２に入射する一方、Ｓ偏光は反射して反射型ディスプレイ４１に入射する。Ｐ偏光は、反射型ディスプレイ４２が備える液晶層の複屈折性によりＳ偏光に変換され、Ｓ偏光は反射型ディスプレイ４１が備える液晶層の複屈折性によりＰ偏光に変換された後、それぞれ反射して偏光ビームスプリッタ３０に再入射する。このうち反射型ディスプレイ４２からのＳ偏光１２は反射して投射レンズ５０に入射し、反射型ディスプレイ４１からのＰ偏光１１は偏光ビームスプリッタ３０を透過して投射レンズ５０に入射する。これらの光１１、１２は投射レンズ５０を経て、スクリーン７０上に拡大照射される。
【0008】
このような比較形態のプロジェクタ１Ｒでは、照射領域を切り替えることができない。スクリーン７０上では、反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域と、反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域とが重なるため、反射型ディスプレイ４１と反射型ディスプレイ４２とは、同じ映像を表示する必要がある。
【0009】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、光の利用効率が高く、かつ照射領域を切り替え可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
（１）本発明の一実施形態は、光源と、上記光源からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、上記分離されたＰ偏光を変調する第１の反射型ディスプレイと、上記分離されたＳ偏光を変調する第２の反射型ディスプレイと、上記反射型ディスプレイからの反射光を入射する投射レンズと、上記投射レンズの光出射側に配置された、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる偏向素子と、を備える、プロジェクタ。
【0011】
（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記偏向素子は、液晶を用いた素子である、プロジェクタ。
【0012】
（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）又は上記（２）の構成に加え、上記偏向素子は、ＰＢ偏向素子を有する、プロジェクタ。
【0013】
（４）また、本発明のある実施形態は、上記（３）の構成に加え、上記ＰＢ偏向素子を２個以上有する、プロジェクタ。
【0014】
（５）また、本発明のある実施形態は、上記（３）の構成に加え、上記ＰＢ偏向素子を４個以上有する、プロジェクタ。
【0015】
（６）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）又は上記（５）の構成に加え、上記偏向素子は、切替可能な半波長板（ｓＨＷＰ）を有する、プロジェクタ。
【0016】
（７）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）、上記（５）又は上記（６）の構成に加え、上記偏向素子は、液晶回折素子を有し、上記液晶回折素子は、電圧印加により液晶分子の配向を制御することで、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる素子である、プロジェクタ。
【0017】
（８）また、本発明のある実施形態は、上記（７）の構成に加え、上記偏向素子は、上記液晶回折素子を有する、プロジェクタ。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、光の利用効率が高く、かつ照射領域を切り替え可能なプロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】実施形態１のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。
【図2A】実施形態１のプロジェクタにおいて、ＰＢ偏向素子における液晶分子の並び方を検討した図であり、ＰＢ偏向素子の液晶分子配列を光の入射側から見た場合の平面模式図である。
【図3A】実施形態１のプロジェクタにおいて、ＰＢ偏向素子における液晶分子の並び方を検討した図であり、ＰＢ偏向素子の液晶分子配列を光の入射側から見た場合の平面模式図である。
【図4】円偏光が、入射した円編光を逆円偏光に変換して出射させるモード（ｉ）と、入射した円偏光をそのまま出射させるモード（ｉｉ）とのそれぞれに設定された切替可能な半波長板を通過した後の偏光状態を検討した図である。
【図5】実施形態１のプロジェクタの照射領域が照射領域（１）となる場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図6】実施形態１のプロジェクタの照射領域が照射領域（２）となる場合の光の進行方向を示す模式図である。
【図7】照射領域（２）の一態様を示す模式図である。
【図8B】第１の反射型ディスプレイからの光の照射領域と、第２の反射型ディスプレイからの光の照射領域とが隙間なく正確に分かれる態様において、これらの光の輝度の好ましい態様を概念的に示すグラフである。
【図9】照射領域（２）の他の態様を示す模式図である。
【図10】実施形態２のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。
【図11A】実施形態２で用いる偏向素子の一例の断面模式図である。
【図11B】実施形態２で用いる偏向素子の一例の断面模式図である。
【図11C】実施形態２で用いる偏向素子の一例の断面模式図である。
【図12】実施形態３のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。
【図13A】実施形態３のプロジェクタにおいて、液晶回折素子における液晶分子の並び方を検討した図であり、液晶回折素子の液晶分子配列を光の入射側から見た場合の平面模式図である。
【図14A】実施形態３のプロジェクタにおいて、液晶回折素子における液晶分子の並び方を検討した図であり、液晶回折素子の液晶分子配列を光の入射側から見た場合の平面模式図である。
【図15】比較形態のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
（用語の定義）
略平行とは、両者のなす角度（絶対値）が０°±１０°の範囲内であることを意味する。好ましくは０±５°の範囲内であり、より好ましくは０±３°の範囲内であり、更に好ましくは０±１°の範囲内であり、特に好ましくは０°（完全に平行）である。
略平行とは、両者のなす角度（絶対値）が０°±１０°の範囲内であることを意味する。好ましくは０±５°の範囲内であり、より好ましくは０±３°の範囲内であり、更に好ましくは０±１°の範囲内であり、特に好ましくは０°（完全に平行）である。
【0021】
略垂直又は略直交とは、両者のなす角度（絶対値）が９０°±１０°の範囲内であることを意味する。好ましくは９０±５°の範囲内であり、より好ましくは９０±３°の範囲内であり、更に好ましくは９０±１°の範囲内であり、特に好ましくは９０°（完全に垂直）である。
【0022】
可視光とは、波長３８０ｎｍ以上、８００ｎｍ未満の光を意味する。
【0023】
Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ偏向素子を、ＰＢ偏向素子又はＰＢＤ（Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ－Ｂｅｒｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）とも称す。
λ／４位相差板を、ＱＷＰ（Ｑｕａｒｔｅｒ－Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）とも称す。
半波長板を、λ／２位相差板又はＨＷＰ（Ｈａｌｆ－Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）とも称し、切替可能な半波長板を、ｓＨＷＰ（ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ－ＨＷＰ）とも称す。
λ／４位相差板を、ＱＷＰ（Ｑｕａｒｔｅｒ－Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）とも称す。
半波長板を、λ／２位相差板又はＨＷＰ（Ｈａｌｆ－Ｗａｖｅ Ｐｌａｔｅ）とも称し、切替可能な半波長板を、ｓＨＷＰ（ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ－ＨＷＰ）とも称す。
【0024】
以下、本発明の実施形態に係るプロジェクタについて説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で適宜設計変更を行うことが可能である。なお、図１、図６～図９、図１０及び図１２では、便宜上、偏向素子６０による偏向方向を上下方向とし、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の偏向方向を下方向、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の偏向方向を上方向、とした。
【0025】
（実施形態１）
図１は、本実施形態のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。本実施形態のプロジェクタ１は、図１で示すように、光の出射方向に、少なくとも、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０と、第１、第２の反射型ディスプレイ４１、４２と、投射レンズ５０と、偏向素子６０とを、備える。第１の反射型ディスプレイ４１及び第２の反射型ディスプレイ４２を、反射型ディスプレイ４０と総称する。
図１は、本実施形態のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。本実施形態のプロジェクタ１は、図１で示すように、光の出射方向に、少なくとも、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０と、第１、第２の反射型ディスプレイ４１、４２と、投射レンズ５０と、偏向素子６０とを、備える。第１の反射型ディスプレイ４１及び第２の反射型ディスプレイ４２を、反射型ディスプレイ４０と総称する。
【0026】
光源１０は、可視光を含む光を発するものである。可視光のみを含む光を発するものであってもよく、可視光及び紫外光の両方を含む光を発するものであってもよい。カラー表示を可能にするためには、白色光を発する光源が好適に用いられる。光源の種類としては、例えば、ハロゲンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザー等が好適に用いられる。
【0027】
光源１０からの光をより効率的に利用する観点から、光源１０からの光の出射方向に、レンズ等の光学素子を有することが好ましい。本実施形態のプロジェクタ１は、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０との間に、レンズ２０を備える（図１参照）。レンズ２０として好ましくは、光源１０からの光を略平行にするコリメータレンズである。例えば光源１０として照明用のＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤ光がレンズ２０において略平行となって反射型ディスプレイ４０に入射できるため、光の利用効率がより向上する。
【0028】
偏光ビームスプリッタ３０は、光源１０からの光をＰ偏光とＳ偏光とに分離するものである。具体的には、入射光のＰ偏光を透過し、Ｐ偏光と直交する偏光であるＳ偏光を反射する。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ３０としてキューブ形状のものを使用するが（図１参照）、その他の形状（例えばプレート形状）のものを使用することもできる。
【0029】
反射型ディスプレイ４０は、液晶を利用したものが好適である。この場合、液晶の複屈折性を利用して、反射型ディスプレイ４０に入射したＰ偏光をＳ偏光に、Ｓ偏光をＰ偏光に、それぞれ変換することが可能になる。反射型ディスプレイ４０として具体的には、反射型ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）が好ましく、反射型ＬＣＤとしては、ＬＣоＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ：シリコン基板を用いた反射型液晶パネル）が好適であるが、コスト低減と投影画像サイズ拡大とを容易にするため、基板としてガラス基板を用いたものを用いても良い。反射型ＬＣＤは、一対の基板間に液晶層が挟持され、当該液晶層の背面に反射層を備える構造を有するが、通常は更に、電極やカラーフィルタ、偏光板等の各種部材を備える。
【0030】
投射レンズ５０は、入射した光を拡大してスクリーン７０、７１、７２に照射する素子であり、プロジェクタの分野で通常使用されるものを用いればよい。投射レンズ５０の個数は特に限定されない。なお、符号７０、７１、７２は、スクリーン（即ち、映像を表示する対象面）を指すが、プロジェクタ１の照射領域にも該当する。符号７０は、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１及び第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域に該当し、符号７１は、当該光１１の照射領域に該当し、符号７２は、当該光１２の照射領域に該当する。
【0031】
偏向素子６０は、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させるものである。より具体的には、入射する偏光に応じて光の進行方向を変化させる（即ち光を偏向させる）ことと、変化させない（即ち光を偏向させない）ことと、の両方が可能な素子である。
【0032】
偏向素子６０は、液晶を用いた素子であることが好ましい。中でも、ＰＢ偏向素子（ＰＢＤ）６２を有するものが好ましい。より好ましくは、光の入射方向から順に、λ／４位相差板（ＱＷＰ）６１とＰＢＤ６２とを有するものである。また、切替可能な半波長板（ｓＨＷＰ）６３を有するものも好適である。特に好ましくは、ＱＷＰ６１、ＰＢＤ６２及びｓＨＷＰ６３を少なくとも有するものである。
【0033】
ＱＷＰ６１は、直線偏光を円偏光に変換させる波長板である。ＱＷＰ６１に入射した直線偏光は、ＱＷＰ６１出射時には円偏光となる。
【0034】
ＰＢＤ６２は、液晶分子の周期的な配向により、入射する偏光に応じて光の進行方向を曲げる素子である。即ち液晶分子の周期的な配向によって回折が発生することを利用して、光を特定の角度に曲げる機能を有する。ＰＢＤ６２は、入射光の進行方向を、例えば上下、左右、斜め方向等に曲げることができる。
【0035】
ＰＢＤ６２は、偏向素子６０中に２個以上有することが好ましい。即ち偏向素子６０は、ＰＢＤ６２を２個以上有することが好適である。３個以上でもよいが、投射レンズ５０の正面に光を照射させる観点から、ＰＢＤ６２の個数は偶数個であることが好ましい。例えば、偏向素子６０がＰＢＤ６２を４個以上有することも好適である。本実施形態では、後述するようにＰＢＤ６２を２個有する偏向素子６０を使用する（図１参照）。
【0036】
ＰＢＤ６２としては、一対の基板６２１１、６２１２間に液晶層６２２０が挟持された構造のものが好適である（例えば図２Ｂ及び図３Ｂ参照）。ＰＢＤ６２の液晶層６２２０の厚みｔを、位相差がλ／２となる厚みに調整すると、ＰＢＤ６２に入射した円編光は、出射時には逆の円偏光となる。
【0037】
例えばＰＢＤ６２が入射光（例えば円偏光）の進行方向を左右方向に曲げる場合について説明する。ＰＢＤ６２として、一対の基板６２１１、６２１２間に液晶層６２２０が挟持された構造を有し、かつ液晶層６２２０の厚みｔが、位相差がλ／２となる厚みである素子を用いるものとする。このようなＰＢＤ６２を上から見たとき（即ち光の入射側から見たとき）の液晶分子６２３０の並び方としては例えば、図２Ａ及び図３Ａに示す２種類が挙げられる。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂは、ＰＢＤ６２における液晶分子６２３０の並び方を検討した図であり、このうち図２Ａ及び図３Ａは、ＰＢＤ６２の液晶分子配列を、ＰＢＤ６２の上から見た場合（即ち光の入射側から見た場合）の平面模式図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＰＢＤ６２の断面模式図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＰＢＤ６２の断面模式図である。
【0038】
図２Ａ及び図２Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２に入射する円編光１００が右円偏光１００Ｒである場合、ＰＢＤ６２を通過すると、光の進行方向は右方向に曲がる（図２Ｃの１００（Ｒ）を参照）。但し、出射時の偏光は、入射時とは逆の左円偏光１００Ｌとなる。一方、図２Ａ及び図２Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２に入射する円編光１００が左円偏光１００Ｌである場合、ＰＢＤ６２を通過すると、光の進行方向は左方向に曲がる（図２Ｃの１００（Ｌ）を参照）。但し、出射時の偏光は、入射時とは逆の右円偏光１００Ｒとなる。図２Ｃは、円編光が、図２Ａ及び図２Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２を通過した後の偏向方向及び偏光状態を検討した図である。
【0039】
また図３Ａ及び図３Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２に入射する円編光１００が右円偏光１００Ｒである場合、ＰＢＤ６２を通過すると、光の進行方向は左方向に曲がる（図３Ｃの１００（Ｒ）を参照）。但し、出射時の偏光は、入射時とは逆の左円偏光１００Ｌとなる。一方、図３Ａ及び図３Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２に入射する円編光１００が左円偏光１００Ｌである場合、ＰＢＤ６２を通過すると、光の進行方向は右方向に曲がる（図３Ｃの１００（Ｌ）を参照）。但し、出射時の偏光は、入射時とは逆の右円偏光１００Ｒとなる。図３Ｃは、円編光が、図３Ａ及び図３Ｂに示す液晶分子配列を有するＰＢＤ６２を通過した後の偏向方向及び偏光状態を検討した図である。
【0040】
ｓＨＷＰ６３は、円偏光を、選択的に、そのまま又は逆円偏光に変換して出射させる波長板である。即ちｓＨＷＰ６３は、入射した円編光を逆円偏光に変換して出射させるモード（ｉ）と、入射した円偏光をそのまま出射させるモード（ｉｉ）とを、選択的に切り替える機能を備える。
【0041】
ｓＨＷＰ６３としては、一対の基板６３１１、６３１２間に液晶層６３２０が挟持された構造のものが好適である（例えば図４参照）。通常は更に、一対の電極等も備える（図示せず）。液晶層を備えることで、電圧をかけると液晶分子配列が変わるという液晶分子の特性を活用できるため、電圧のオン／オフにより上記のモード切り替えを実現することができる。図４は、円偏光が、上記モード（ｉ）、（ｉｉ）それぞれに設定されたｓＨＷＰ６３を通過した後の偏光状態を検討した図である。
【0042】
例えば基板６３１１、６３１２に対して液晶分子６３３０が略平行に配列している場合、ｓＨＷＰ６３に入射した円偏光は、液晶層６３２０の位相差により、出射時には逆の円偏光となる（図４の（ｉ）を参照）。一方、基板６３１１、６３１２に対して液晶分子６３３０が略垂直に配列している場合、液晶層６３２０に位相差が生じないため、ｓＨＷＰ６３に入射した円偏光は、そのままの円偏光で出射する（図４の（ｉｉ）を参照）。このようにｓＨＷＰ６３では、入射した円編光を逆円偏光に変換して出射させるモード（ｉ）と、入射した円偏光をそのまま出射させるモード（ｉｉ）とを、電圧のオン／オフにより切り替えることができる。
【0043】
プロジェクタ１は、プロジェクタの分野で通常使用される各種部材を更に有してよい。部材によっては、他の部材に組み込まれていてもよい。
【0044】
以下では、本実施形態のプロジェクタ１における光の照射機構や映像の表示機構等について、更に説明する。
【0045】
図１に示すように、光源１０からの光は、好ましくはレンズ２０を経た後、偏光ビームスプリッタ３０においてＰ偏光とＳ偏光とに分離される。即ち入射光のうちＰ偏光は偏光ビームスプリッタ３０を透過して第２の反射型ディスプレイ４２に入射する一方、Ｓ偏光は反射して第１の反射型ディスプレイ４１に入射する。第２の反射型ディスプレイ４２に入射したＰ偏光は、反射型ディスプレイ４２においてＳ偏光に変換された後、反射して偏光ビームスプリッタ３０に再入射するが、偏光ビームスプリッタ３０で反射されて投射レンズ５０に入射し、その後、偏向素子６０に入射する（図１中の光１２を参照）。図１中の（ａ）は、Ｓ偏光を表す。一方、第１の反射型ディスプレイ４１に入射したＳ偏光は、反射型ディスプレイ４１においてＰ偏光に変換された後、反射して偏光ビームスプリッタ３０に再入射する。そして偏光ビームスプリッタ３０を透過して投射レンズ５０に入射し、その後、偏向素子６０に入射する（図１中の光１１を参照）。図１中の（ｂ）は、Ｐ偏光を表す。このように第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２とで偏光が異なるが、この偏光の違いを利用した点に本発明の重要な技術的意義がある。
【0046】
本実施形態では、偏向素子６０として、光の入射方向から順にＱＷＰ６１、ＰＢＤ６２（ＰＢＤ６２（１）とも称す）、ｓＨＷＰ６３、及び、ＰＢＤ６２（ＰＢＤ６２（２）とも称す）から構成される素子を使用する（図１参照）。偏向素子６０に入射した各偏光は、ＱＷＰ６１でそれぞれ円偏光に変換されるが、その際、互いに逆の円偏光に変換される。その後、各偏光はＰＢＤ６２（１）を経ることで互いに異なる方向に進行する。例えばＰＢＤ６２が入射光の進行方向を左右方向に曲げる特性を有する場合には、光１１及び光１２のうち、片方は左方向に、もう片方は右方向に曲がることになる。ＰＢＤ６２が入射光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有する場合には、光１１及び光１２のうち、片方は上方向に、もう片方は下方向に曲がることになる。それゆえ、ＰＢＤ６２を経ることで、全体としての光の照射領域は広くなる。
【0047】
このようにＰＢＤ６２は入射光の進行方向を曲げることができる一方で、その性質上、進行方向を曲げない（即ち、光に作用しない）ということができない。だが、本実施形態の偏向素子６０は、ＰＢＤ６２（１）の光出射側にｓＨＷＰ６３を配置し、このｓＨＷＰ６３においてモードを切り替えることで、ＰＢＤ６２（１）による偏向をキャンセルすることを可能にしている。このように偏向をキャンセルすることを可能した点にも、本発明の重要な技術的意義がある。
【0048】
ｓＨＷＰ６３を出射した円偏光と逆円偏光とは、次に入射するＰＢＤ６２（２）において光の振る舞い（即ち挙動）が相違する（図２Ｃ及び図３Ｃ参照）。この特性を生かせば、照射領域を更に広くすることができる。このように偏向素子６０は、ｓＨＷＰ６３の光出射側にＰＢＤ６２を有するものが好ましい。例えば、偏向素子６０の最出射側にＰＢＤ６２が配置されていてもよい。
【0049】
ＰＢＤ６２（１）及びＰＢＤ６２（２）がそれぞれ、入射する円偏光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有し、かつその偏向角がθ１度であるときの光の偏向方向について、以下に説明する。
【0050】
なお、偏向角とは、偏向しない光の進行方向と、偏向した光の進行方向と、がなす角度である。例えばＰＢＤ６２による偏向角θは、下記式（１）：
θ＝Ａｓｉｎ（λ／ｐ） （１）
の関係にある。式中、λは、光の波長である。ｐは、ＰＢＤ６２が備える液晶層６２２０中の液晶分子の回転周期である。
θ＝Ａｓｉｎ（λ／ｐ） （１）
の関係にある。式中、λは、光の波長である。ｐは、ＰＢＤ６２が備える液晶層６２２０中の液晶分子の回転周期である。
【0051】
偏向素子６０に入射した光１１及び光１２は、ＱＷＰ６１に次いでＰＢＤ６２（１）を通過することで、光１１は下方向にθ１度偏向し、光１２は上方向にθ１度偏向する（表１及び表２参照）。
【0052】
ＰＢＤ６２（１）の光出射側に配置されるｓＨＷＰ６３を、入射した円編光を逆円偏光に変換して出射させるモード（ｉ）に設定すると、ＰＢＤ６２（１）によって下方向にθ１度偏向した光１１は、ＰＢＤ６２（２）によって上にθ１度偏向する一方、ＰＢＤ６２（１）によって上方向にθ１度偏向した光１２は、ＰＢＤ６２（２）によって下にθ１度偏向する（表１参照）。結果として、光１１及び光１２は、偏向が相殺される（θ１－θ１＝０）。スクリーン上では、光１１及び光１２のいずれも、照射中心は、投射レンズ５０の正面となる（表１参照）。即ち第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域とが重なることになる（図５の符号７０参照）。この照射領域を照射領域（１）と称する。
【0053】
このモード（ｉ）では、第１の反射型ディスプレイ４１と、第２の反射型ディスプレイ４２とは、同じ映像を表示する。照射領域（１）の輝度は、各光の輝度の和となる。図５は、本実施形態のプロジェクタの照射領域が照射領域（１）となる場合の光の進行方向を示す模式図である。図５の右側に、照射領域（１）を投射レンズ５０側から見た図（正面図：Front view）を記載した。
【0054】
一方、ｓＨＷＰ６３を、入射した円偏光をそのまま出射させるモード（ｉｉ）に設定すると、ＰＢＤ６２（１）によって下方向にθ１度偏向した光１１は、ＰＢＤ６２（２）によって更に下方向にθ１度偏向する一方、ＰＢＤ６２（１）によって上方向にθ１度偏向した光１２は、ＰＢＤ６２（２）によって更に上方向にθ１度偏向する（表２参照）。結果として、光１１及び光１２は、偏向角度が２倍になる（２×θ１）。スクリーン上では、光１１の照射中心は下方向に（２×θ１）度移動し、光１２の照射中心は上方向に（２×θ１）度移動する（表２参照）。即ち、全体としての光の照射領域は広くなる（図６の符号７１及び７２参照）。この照射領域全体を照射領域（２）と称する。
【0055】
このモード（ｉｉ）では、第１の反射型ディスプレイ４１と、第２の反射型ディスプレイ４２とは、異なる映像を表示する。照射領域（２）は、その面積は照射領域（１）よりも広くなるが、基本的な輝度は照射領域（１）の輝度の約半分になる。図６は、本実施形態のプロジェクタの照射領域が照射領域（２）となる場合の光の進行方向を示す模式図である。図６の右側に、照射領域（２）を投射レンズ５０側から見た図（正面図：Front view）を記載した。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
図１では、プロジェクタ１の照射領域が照射領域（１）になる場合（図５参照）と、照射領域（２）になる場合（図６参照）との両方を記載している。図１中、矢印（ｃ）は、上記のようにモード（ｉ）とモード（ｉｉ）とを切り替えることによって、光１２の照射中心が移動することを示す。矢印（ｄ）は、上記のようにモード（ｉ）とモード（ｉｉ）とを切り替えることによって、光１１の照射中心が移動することを示す。矢印（ｅ）は、上記のようにモード（ｉ）とモード（ｉｉ）とを切り替えることによって、照射領域が切り替わることを示す。
【0059】
プロジェクタ１の照射領域が照射領域（１）、（２）のいずれになる場合であっても、本実施形態のプロジェクタ１では、光源１０からの光が効率的にスクリーンに照射されるため、光利用効率の高いプロジェクタ映像を、利用シーンに合わせて照射領域を切り替えて使用することができる。
【0060】
照射領域（２）について更に補足する。
照射領域（２）の具体的な態様としては例えば、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域７１と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域７２とが、図７に示すように一部重なる態様（隙間なく正確に分かれる態様も含む）と、図９に示すように完全に重ならない態様と、がある。図７及び図９は、照射領域（２）の具体的な態様を示す模式図である。図７及び図９では、右側に、照射領域７１、７２を投射レンズ５０から見た図（正面図：Front view）を記載した。
照射領域（２）の具体的な態様としては例えば、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域７１と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域７２とが、図７に示すように一部重なる態様（隙間なく正確に分かれる態様も含む）と、図９に示すように完全に重ならない態様と、がある。図７及び図９は、照射領域（２）の具体的な態様を示す模式図である。図７及び図９では、右側に、照射領域７１、７２を投射レンズ５０から見た図（正面図：Front view）を記載した。
【0061】
前者の態様（図７参照）では、第１の反射型ディスプレイ４１の映像と、第２の反射型ディスプレイ４２の映像とが、スムーズに繋がるような処理を行うことが好ましい。具体的には、角度の設計や照射距離等によって両者の映像が一部重なったり離れたりするため、その対応を考えることが好ましい。例えば偏向素子６０によって光を２０度曲げる場合、即ち偏向素子６０による偏向角θが２０度である場合を例に挙げると、ｔａｎθは約０．３６４であるため、照射距離（即ち、投射レンズ５０とスクリーンとの間の距離）Ｌが１ｍである場合、光の照射中心のずれ量Ｈ１、Ｈ１’は、それぞれ約３６．４ｃｍとなる。スクリーンに投影される映像の高さＨ２は、厳密には投射レンズの設計により多少ズレは生じ得るものの、基本的には照射距離Ｌに比例する。それゆえ、Ｈ２、Ｈ２’がそれぞれ７２．８ｃｍであれば、光の照射領域は、隙間なく正確に分かれることになる。
【0062】
Ｈ１は、光１２が偏向せずにスクリーンに照射したときの照射中心から、偏向してスクリーンに照射したときの照射中心までの距離を意味する。Ｈ１’は、光１１が偏向せずにスクリーンに照射したときの照射中心から、偏向してスクリーンに照射したときの照射中心までの距離を意味する。Ｈ２は、スクリーンに投影される第２の反射型ディスプレイ４２の映像のうち、最上部から最下部までの距離を意味する。Ｈ２’は、スクリーンに投影される第１の反射型ディスプレイ４１の映像のうち、最上部から最下部までの距離を意味する。
【0063】
光１１の照射領域７１と光１２の照射領域７２とは、隙間なく正確に分かれることが理想的ではあるが、実際には一部重なる（図７の重なり部分７３参照）。また実用的には、投影対象面（スクリーン）には一般に、ディストーションと称される歪み（例えば樽型又は糸巻型の歪み）が発生するため、多少重なるように設計することが好適である。その際、２つの映像の境界部（即ち照射領域７１、７２の境界部）では、映像の位置及び輝度を合わせる必要がある。この合わせ方として、機構的に厳密に合わせる方法もあるが、照射距離Ｌを可変にする場合は照射距離Ｌに応じて僅かなズレが生じ得るため、カメラ等を取り付けて映像の状態をフィードバックする等して、映像位置を調整したり重なり部分を調整したりすることが好ましい。
【0064】
具体的には例えば、図８Ａのように、光１２及び光１１の輝度に勾配を設けて、なるべく自然に繋がるようにすることが好ましい。図８Ａは、光１１の照射領域７１と光１２の照射領域７２とが一部重なる態様（図７参照）において、光１１及び光１２の輝度の好ましい態様を概念的に示すグラフである。また、図８Ｂのように、光１２の輝度と光１１の輝度とを、照射領域７１、７２の境界部で正確に合わせることも好ましい。図８Ｂは、光１１の照射領域７１と光１２の照射領域７２とが隙間なく正確に分かれる態様において、光１１及び光１２の輝度の好ましい態様を概念的に示すグラフである。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、位置を表す縦軸は、図７中の光１１及び光１２の偏向方向に該当する。つまり図７では、光１２は図面の上方向に、光１１は下方向に、それぞれ偏向するものとして記載したが、これらに対応するように、図８Ａ及び図８Ｂでは、光１２の輝度は縦軸の上方向に、光１１の輝度は縦軸の下方向に、それぞれ示した。図８Ａ及び図８Ｂにおいて、輝度を表す横軸は、その値が大きくなるほど（図面の右方向に進むほど）、輝度が大きいことを意味する。
【0065】
一方、光１１の照射領域７１と光１２の照射領域７２とが完全に重ならない態様（図９参照）では、各光の照射領域の境界付近における映像の重ね合わせを検討する必要がない。それゆえ、特に映像調整等を行う必要がない。
【0066】
（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が備えるＰＢＤ６２の個数が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が備えるＰＢＤ６２の個数が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
【0067】
図１０は、本実施形態のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。本実施形態のプロジェクタ１は、図１０で示すように、光の出射方向に、少なくとも、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０と、第１、第２の反射型ディスプレイ４１、４２と、投射レンズ５０と、偏向素子６０とを、備える。更に、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０との間に、レンズ２０を備える。
【0068】
偏向素子６０は、ＱＷＰ６１、ＰＢＤ６２及びｓＨＷＰ６３を備え、かつ該ＰＢＤ６２は４個含まれる（図１１Ａ～図１１Ｃ参照）。上述したようにＰＢＤ６２の偏向角θは、上記式（１）の関係にあるが、例えばＰＢＤ６２が備える液晶層６２２０中の液晶分子６２３０の回転周期が２．５μｍピッチである場合、青色光（波長４５０ｎｍ）に対し、偏向角θは約１０度となる。だが、同じＰＢＤ６２を２個積層したものを１セットとすると、この１セットでの偏向角θは、約２倍の約２０度となる。従って、偏向素子６０が備えるＰＢＤ６２の個数を増やすことにより、偏向素子６０の偏向角θは大きくなるため、照射領域（２）を更に広くすることができる。図１１Ａ、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本実施形態で用いる偏向素子６０の具体例の断面模式図である。
【0069】
図１１Ａに示す偏向素子６０は、光の入射方向から順に、ＱＷＰ６１、２個のＰＢＤ６２（ＰＢＤ６２（１）とも称す）、ｓＨＷＰ６３、及び、２個のＰＢＤ６２（ＰＢＤ６２（２）とも称す）から構成される。ＰＢＤ６２（１）は、２個のＰＢＤ６２を積層して構成されたものであり、ＰＢＤ６２（２）もまた、２個のＰＢＤ６２を積層して構成されたものである。即ち本例は、ＰＢＤ６２を２個積層したものを１セットとし、それを２セット使用した例である。
【0070】
ＰＢＤ６２がそれぞれ、入射する円偏光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有し、かつその偏向角（１個のＰＢＤ６２の偏向角）がθ１度である場合、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１及び第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２は、ＰＢＤ６２（１）を経ることで、光１１は、下方向に（２×θ１）度偏向し、光１２は、上方向に（２×θ１）度偏向する。次に入射するｓＨＷＰ６３を、入射した円偏光をそのまま出射させるモード（ｉｉ）に設定すると、ｓＨＷＰ６３を経た光１１は、ＰＢＤ６２（２）によって更に下方向に（２×θ１）度偏向する一方、ｓＨＷＰ６３を経た光１２は、ＰＢＤ６２（２）によって更に上方向に（２×θ１）度偏向する。結果として、光１１及び光１２は、偏向角が４倍になる（４×θ１）。それゆえ、スクリーン上では、光１１の照射中心は下方向に（４×θ１）度移動し、光１２の照射中心は上方向に（４×θ１）度移動する。
【0071】
図１１Ｂに示す偏向素子６０は、光の入射方向から順に、ＱＷＰ６１、ＰＢＤ６２、ｓＨＷＰ６３、ＰＢＤ６２、ｓＨＷＰ６３、ＰＢＤ６２、ｓＨＷＰ６３、及び、ＰＢＤ６２から構成されている。即ち本例は、４個のＰＢＤ６２の間に、３個のｓＨＷＰ６３をそれぞれ配置した例である。４個のＰＢＤ６２がそれぞれ、入射する円偏光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有し、かつその偏向角（即ち１個あたりのＰＢＤ６２の偏向角）がθ１度である場合、ＰＢＤ６２間の各ｓＨＷＰ６３のモード切替によって、結果として、光１１及び光１２の偏向角を、０度、（２×θ１）度、及び、（４×θ１）度の３段階で切り替えることが可能になる（図１１Ｂ参照）。また、図示していないが、４個のＰＢＤ６２が、入射する円偏光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有し、かつそのうちの２個のＰＢＤ６２の偏向角（即ち１個あたりのＰＢＤ６２の偏向角）がθ１度であり、残りの２個のＰＢＤ６２の偏向角（即ち１個あたりのＰＢＤ６２の偏向角）が（θ１／２）度である場合には、ＰＢＤ６２間の各ｓＨＷＰ６３のモード切替によって、結果として、光１１及び光１２の偏向角を、０度、θ１度、（２×θ１）度、及び、（３×θ１）度の４段階で切り替えることが可能になる。
【0072】
図１１Ｃに示す偏向素子６０は、図１１Ｂに示す偏向素子６０が備える４個のＰＢＤ６２のうち、光入射側の２個のＰＢＤ６２（ａ）を、入射する円偏光の進行方向を上下方向にθ１度曲げる素子とし、光出射側の２個のＰＢＤ６２（ｂ）を、入射する円偏光の進行方向を左右方向に曲げる特性を有する素子とした例である。ＰＢＤ６２（ａ）の偏向角を、それぞれ、θ１度とする。図１１Ｃでは、便宜上、上下方向の偏向角しか記載していないが、左右方向にも偏向し得る。このように、上下方向に偏向させるＰＢＤ６２と、左右方向に偏向させるＰＢＤ６２とを組み合わせることで、上下、左右、斜め方向等に、映像を表示することが可能になる。
【0073】
図１０では、プロジェクタ１の照射領域が照射領域（１）（即ち符号７０）になる場合と、照射領域（２）（即ち符号７１及び７２）になる場合との両方を記載している。図１０中、矢印（ｃ）は、実施形態１とほぼ同様にｓＨＷＰのモードを切り替えることによって、光１２の照射中心が移動することを示す。矢印（ｄ）は、実施形態１とほぼ同様にｓＨＷＰのモードを切り替えることによって、光１１の照射中心が移動することを示す。矢印（ｅ）は、実施形態１とほぼ同様にｓＨＷＰのモードを切り替えることによって、照射領域が切り替わることを示す。
【0074】
（実施形態３）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が異なることを除いて、実施形態１と実質的に同じである。
【0075】
実施形態１及び２は、偏向素子６０がＰＢＤ６２を備える構成について説明したが、偏向素子６０が入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる素子であれば、それ以外の構成の偏向素子６０を用いてよい。例えば、偏向素子６０として、電圧印加により液晶分子の配向を制御することで、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる、液晶回折素子を用いることも好適である。本実施形態では、偏向素子６０として、このような液晶回折素子を２個組み合わせて使用する。
【0076】
図１２は、本実施形態のプロジェクタにおいて、光の照射機構を検討した模式図である。本実施形態のプロジェクタ１は、図１２で示すように、光の出射方向に、少なくとも、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０と、第１、第２の反射型ディスプレイ４１、４２と、投射レンズ５０と、偏向素子６０とを、備える。更に、光源１０と、偏光ビームスプリッタ３０との間に、レンズ２０を備える。
【0077】
偏向素子６０は、２個の液晶回折素子６４から構成される（図１２参照）。このうち光の入射方向に配置された液晶回折素子６４を液晶回折素子６４Ａとも称し、光の出射方向に配置された液晶回折素子６４を液晶回折素子６４Ｂとも称す。液晶回折素子６４は、電圧印加により液晶分子の配向を制御することで、入射する偏光に応じて光の進行方向を可変させる素子である。液晶回折素子６４は、入射光の進行方向を、上下、左右、斜め方向等に曲げることができる。
【0078】
液晶回折素子６４としては、一対の基板６４１１、６４１２間に、一対の電極６４４１、６４４２と液晶層６４２０とが挟持された構造のものが好適である（例えば図１３Ｂ及び図１４Ｂ参照）。この液晶層６４２０の厚みｔを、位相差がλ／２となる厚みに調整すると、液晶回折素子６４に例えば縦の直線偏光（液晶分子の長軸方向と略平行な偏光）が入った場合は位相差の影響を受けて光の方向が変化するが、横の直線偏光（液晶分子の長軸方向と略直交する偏光）が入った場合は位相差の影響を受けないため、光の方向は変化しない。
【0079】
例えば液晶回折素子６４が入射光の進行方向を左右方向に曲げる場合について説明する。液晶回折素子６４としてそれぞれ、一対の基板６４１１、６４１２間に、一対の電極６４４１、６４４２と液晶層６４２０とが挟持された構造を有し、該液晶層６４２０の厚みｔが、位相差がλ／２となる厚みである素子を用いるものとする。このような液晶回折素子６４を上から見たとき（即ち光の入射側から見たとき）の液晶分子の並び方としては例えば、図１３Ａ及び図１４Ａに示す配列が挙げられる。
【0080】
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ及び図１４Ｂは、液晶回折素子６４における液晶分子６４３０の並び方を検討した図であり、このうち図１３Ａ及び図１４Ａは、液晶回折素子６４における液晶分子配列を、液晶回折素子６４の上から見た場合（即ち光の入射側から見た場合）の平面模式図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示される液晶回折素子６４の断面模式図であり、図１４Ｂは、図１４Ａに示される液晶回折素子６４の断面模式図である。
【0081】
図１３Ａ及び図１３Ｂに示される液晶分子配列を示す液晶回折素子６４は、第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１に略平行な方向に、液晶分子６４３０が一様にアンチパラレル配向した態様の液晶を用い、縦電界をかける（即ち縦電界を生じさせる）ことで、実現することができる。縦電界が生じた状態（図１３Ａ及び図１３Ｂ参照）では、液晶回折素子６４に入射する光１１は、紙面の左方向に曲がり（偏向し）、液晶回折素子６４に入射する光１２は、曲がらない（偏向しない）。図１３Ａの右側に、光１１の偏光方向と、光１２の偏光方向とを、それぞれ矢印で示した。縦電界のかけ方によって、光を左方向に回折させるモード（Ｉ）と、光に作用しない（即ち、まっすぐ光を通す）モード（ＩＩ）と、右方向に回折させるモード（ＩＩＩ）と、を切り替えることができる。図１３Ｂ（断面図）において、液晶分子６４３０が基板６４１１、６４１２に対して略垂直となっている部分は、例えば一対の電極６４４１、６４４２間に５Ｖの電圧を印加し、液晶分子６４３０が基板に対して水平になっている部分は０Ｖの電圧を印加させる（即ち電圧を印加しない）ことで、実現される。
【0082】
図１４Ａ及び図１４Ｂに示される液晶分子配列を示す液晶回折素子６４は、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２に略平行な方向に、液晶分子６４３０が一様にアンチパラレル配向した態様の液晶を用い、縦電界をかける（即ち縦電界を生じさせる）ことで、実現することができる。縦電界が生じた状態（図１４Ａ及び図１４Ｂ参照）では、液晶回折素子６４に入射する光１２は、紙面の左方向に曲がり（偏向し）、液晶回折素子６４に入射する光１１は、曲がらない（偏向しない）。図１４Ａの右側に、光１１の偏光方向と、光１２の偏光方向とを、それぞれ矢印で示した。縦電界のかけ方によって、光を左方向に回折させるモード（Ｉ）と、光に作用しない（即ち、まっすぐ光を通す）モード（ＩＩ）と、右方向に回折させるモード（ＩＩＩ）と、を切り替えることができる。図１４Ｂ（断面図）において、液晶分子６４３０が基板６４１１、６４１２に対して略垂直となっている部分は、例えば一対の電極６４４１、６４４２間に５Ｖの電圧を印加し、液晶分子６４３０が基板に対して水平になっている部分は０Ｖの電圧を印加させる（即ち電圧を印加しない）ことで、実現される。
なお、本実施形態では縦電界の例を記載したが、横電界を用いて同様の配向を実現することも可能であり、横電界を用いても構わない。
なお、本実施形態では縦電界の例を記載したが、横電界を用いて同様の配向を実現することも可能であり、横電界を用いても構わない。
【0083】
本実施形態では、液晶回折素子６４Ａとして、液晶分子６４３０の並び方が図１３Ａ及び図１３Ｂに示される素子を用い、液晶回折素子６４Ｂとして、液晶分子６４３０の並び方が図１４Ａ及び図１４Ｂに示される素子を用いるものとする。
【0084】
液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂそれぞれにおいて、電圧のオン／オフや電圧値を調整することで、上記のようにモードをモード（Ｉ）、（ＩＩ）又は（ＩＩＩ）に切り替えることができる。それゆえ、液晶回折素子６４Ａと液晶回折素子６４Ｂとを組み合わせることで、偏向素子６０として、光を偏向させることと、偏向させないようにすること（即ち偏向をキャンセルすること）と、の両方が可能になる。
【0085】
例えば、液晶回折素子６４Ａを、光を左方向に偏向させるモード（Ｉ）に設定し、液晶回折素子６４Ｂを、右方向に偏向させるモード（ＩＩＩ）に設定し、かつ各液晶回折素子の偏向角をθ１度とすると、偏向素子６０に入射した光１１は、液晶回折素子６４Ａによって左方向にθ１度偏向した後、液晶回折素子６４Ｂによって右方向にθ１度偏向する（表３参照）。結果として、光１１は、偏向が相殺される（θ１－θ１＝０）。一方、偏向素子６０に入射した光１２は、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのいずれによっても偏向しない。スクリーン上では、光１１及び光１２のいずれも、照射中心は、投射レンズ５０の正面となる（表３参照）。即ち第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域とが重なることになる。この照射領域を照射領域（１）と称する。
【0086】
一方、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのいずれも、光を左方向に回折させるモード（Ｉ）に設定し、かつ各液晶回折素子の偏向角をθ１度とすると、偏向素子６０に入射した光１１は、液晶回折素子６４Ａによって左方向にθ１度偏向した後、液晶回折素子６４Ｂによって更に右方向にθ１度偏向する（表４参照）。結果として、光１１は、偏向角が２倍になる（２×θ１）。一方、偏向素子６０に入射した光１２は、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのいずれによっても偏向しない。スクリーン上では、光１１の照射中心は左方向に（２×θ１）度移動し、光１２の照射中心は、投射レンズ５０の正面となる（表４参照）。即ち、全体としての光の照射領域は広くなる。この照射領域全体を照射領域（２）と称する。
【0087】
【表3】
【0088】
【表4】
【0089】
このように本実施形態の偏向素子６０にも、実施形態１及び２のようにＰＢＤ６２を用いた偏向素子６０とほぼ同様の効果が期待でき、プロジェクタ１の照射領域を、実施形態１及び２と同様に照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができる。
【0090】
上記では、液晶回折素子６４が入射光の進行方向を左右方向に回折させる場合について説明したが、液晶回折素子６４を構成する電極の配置によって、上下方向に回折させることもできる（図１２参照）。
【0091】
図１２では、プロジェクタ１の照射領域が照射領域（１）になる場合と、照射領域（２）になる場合との両方を記載している。図１２中、矢印（ｃ）は、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのモードを切り替えることによって、光１２の照射中心が移動することを示す。矢印（ｄ）は、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのモードを切り替えることによって、光１１の照射中心が移動することを示す。矢印（ｅ）は、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂのモードを切り替えることによって、照射領域が切り替わることを示す。
【0092】
（実施形態４）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が異なることを除いて、実施形態３と実質的に同じである。
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態は、偏向素子６０が異なることを除いて、実施形態３と実質的に同じである。
【0093】
本実施形態では、偏向素子６０は、１個の液晶回折素子６４から構成される。液晶回折素子６４としては、一対の基板６４１１、６４１２間に、一対の電極６４４１、６４４２と液晶層６４２０とが挟持された構造のものが好適である（例えば図１３Ｂ及び図１４Ｂ参照）。この液晶回折素子６４に、縦電界を全面的に生じさせる（例えば一対の電極６４４１、６４４２間の電圧値を５Ｖとする）ことで、全ての液晶分子６４３０を、基板６４１１、６４１２に対して略垂直に立たせることができる。この場合、液晶回折素子６４において面内の位相差分布をなくすことができるため、例えば電圧のオン／オフや電圧値を調整することで、光を偏向させるモード（ＩＶ）と、光に作用しない（即ち、まっすぐ光を通す）モード（Ｖ）と、に切り替えることができる。従って、偏向素子６０として１個の液晶回折素子６４のみで、入射する偏光に応じて光の進行方向を変化させる（即ち光を偏向させる）ことと、変化させない（即ち光を偏向させない）ことと、の両方を実現できる。
【0094】
例えば、液晶回折素子６４を、光に作用しないモード（Ｖ）に設定した場合、偏向素子６０（即ち液晶回折素子６４）に入射した光１１及び光１２はいずれも、偏向せずに透過する（表５参照）。スクリーン上では、光１１及び光１２のいずれも、照射中心は、投射レンズ５０の正面となる（表５参照）。即ち第１の反射型ディスプレイ４１からの光１１の照射領域と、第２の反射型ディスプレイ４２からの光１２の照射領域とが重なることになる。この照射領域を照射領域（１）と称する。
【0095】
一方、液晶回折素子６４を、光を偏向させるモード（ＩＶ）、より具体的には、例えば左方向に偏向させるモードに設定し、かつ偏向角をθ１度とすると、偏向素子６０（即ち液晶回折素子６４）に入射した光１１は、左方向にθ１度偏向する（表６参照）。一方、偏向素子６０に入射した光１２は、偏向しない。スクリーン上では、光１１の照射中心は左方向にθ１度移動し、光１２の照射中心は、投射レンズ５０の正面となる（表６参照）。即ち、全体としての光の照射領域は広くなる。この照射領域全体を照射領域（２）と称する。
【0096】
【表5】
【0097】
【表6】
【0098】
このように本実施形態の偏向素子６０にも、ＰＢＤ６２を用いた偏向素子６０とほぼ同様の効果が期待でき、プロジェクタ１の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができる。
【0099】
なお、本実施形態では縦電界の例を記載したが、横電界を用いて同様の配向を実現することも可能であり、横電界を用いても構わない。また、液晶回折素子６４を構成する電極の配置によって、上下方向に偏向させることもできる。
【0100】
以上、本発明の実施形態について説明したが、説明された個々の事項は、すべて本発明全般に対して適用され得るものである。
【0101】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0102】
（実施例１）
本例のプロジェクタは、上記実施形態１のプロジェクタに対応する。ＰＢＤ６２として、光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタは、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
本例のプロジェクタは、上記実施形態１のプロジェクタに対応する。ＰＢＤ６２として、光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタは、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
【0103】
（実施例２－１～２－３）
本例のプロジェクタは、上記実施形態２のプロジェクタに対応する。ＰＢＤ６２として、光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有するものを使用する。偏向素子６０として、実施例２－１では、図１１Ａで示される構造の偏向素子を使用し、実施例２－２では、図１１Ｂで示される構造の偏向素子を使用し、実施例２－３では、図１１Ｃで示される構造の偏向素子を使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
本例のプロジェクタは、上記実施形態２のプロジェクタに対応する。ＰＢＤ６２として、光の進行方向を上下方向に曲げる特性を有するものを使用する。偏向素子６０として、実施例２－１では、図１１Ａで示される構造の偏向素子を使用し、実施例２－２では、図１１Ｂで示される構造の偏向素子を使用し、実施例２－３では、図１１Ｃで示される構造の偏向素子を使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
【0104】
（実施例３）
本例のプロジェクタは、上記実施形態３のプロジェクタに対応する。偏向素子６０として、液晶回折素子６４Ａと液晶回折素子６４Ｂとから構成されたものを使用し、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂとして、入射光の進行方向を上下方向に偏向させる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
本例のプロジェクタは、上記実施形態３のプロジェクタに対応する。偏向素子６０として、液晶回折素子６４Ａと液晶回折素子６４Ｂとから構成されたものを使用し、液晶回折素子６４Ａ、６４Ｂとして、入射光の進行方向を上下方向に偏向させる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
【0105】
（実施例４）
本例のプロジェクタは、上記実施形態４のプロジェクタに対応する。偏向素子６０として、１個の液晶回折素子６４から構成されたものを使用し、液晶回折素子６４として、入射光の進行方向を左右方向に偏向させる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
本例のプロジェクタは、上記実施形態４のプロジェクタに対応する。偏向素子６０として、１個の液晶回折素子６４から構成されたものを使用し、液晶回折素子６４として、入射光の進行方向を左右方向に偏向させる特性を有するものを使用する。本例のプロジェクタもまた、光の利用効率が高く、かつ光の照射領域を、照射領域（１）と照射領域（２）とに切り替えることができるものである。
【0106】
以上に示した本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【0107】
１、１Ｒ ：プロジェクタ
１０ ：光源
１１、１２ ：光
２０ ：レンズ
３０ ：偏光ビームスプリッタ
４０、４１、４２：反射型ディスプレイ
５０ ：投射レンズ
６０ ：偏向素子
６１ ：λ／４位相差板（ＱＷＰ）
６２ ：ＰＢ偏向素子（ＰＢＤ）
６３ ：切替可能な半波長板（ｓＨＷＰ）
６４、６４Ａ、６４Ｂ：液晶回折素子
７０、７１、７２：スクリーン又は照射領域
７３ ：照射領域７１と照射領域７２との重なり部分
１００ ：円編光
１００Ｌ ：左円偏光
１００Ｒ ：右円偏光
１００（Ｒ） ：入射時右円偏光が出射した後の偏向方向
１００（Ｌ） ：入射時左円偏光が出射した後の偏向方向
６２１１、６２１２、６３１１、６３１２、６４１１、６４１２：基板
６２２０、６３２０、６４２０：液晶層
６２３０、６３３０、６４３０：液晶分子
６４４１、６４１２：電極
１０ ：光源
１１、１２ ：光
２０ ：レンズ
３０ ：偏光ビームスプリッタ
４０、４１、４２：反射型ディスプレイ
５０ ：投射レンズ
６０ ：偏向素子
６１ ：λ／４位相差板（ＱＷＰ）
６２ ：ＰＢ偏向素子（ＰＢＤ）
６３ ：切替可能な半波長板（ｓＨＷＰ）
６４、６４Ａ、６４Ｂ：液晶回折素子
７０、７１、７２：スクリーン又は照射領域
７３ ：照射領域７１と照射領域７２との重なり部分
１００ ：円編光
１００Ｌ ：左円偏光
１００Ｒ ：右円偏光
１００（Ｒ） ：入射時右円偏光が出射した後の偏向方向
１００（Ｌ） ：入射時左円偏光が出射した後の偏向方向
６２１１、６２１２、６３１１、６３１２、６４１１、６４１２：基板
６２２０、６３２０、６４２０：液晶層
６２３０、６３３０、６４３０：液晶分子
６４４１、６４１２：電極
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15】