JP2004102115A - 光学変換素子及びプロジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】反射による透過光のロスを低減することができる光学変換素子及びこの光学変換素子を備えたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】入射側偏光板４２Ｂは、基板４５と、光学変換素子本体である位相差板本体４６と、光学変換素子本体である偏光板本体４７とを備えている。基板４５と偏光板本体４７の間には中間層４９Ａが配置され、基板４５と、位相差板本体４６との間には中間層４９Ｂが配置されている。中間層４９Ａは、偏光板本体４７と基板４５の間の屈折率を有する。また、中間層４９Ｂは、位相差板本体４６と基板４５の間の屈折率を有する。
【選択図】 図３
【解決手段】入射側偏光板４２Ｂは、基板４５と、光学変換素子本体である位相差板本体４６と、光学変換素子本体である偏光板本体４７とを備えている。基板４５と偏光板本体４７の間には中間層４９Ａが配置され、基板４５と、位相差板本体４６との間には中間層４９Ｂが配置されている。中間層４９Ａは、偏光板本体４７と基板４５の間の屈折率を有する。また、中間層４９Ｂは、位相差板本体４６と基板４５の間の屈折率を有する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学変換素子及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、光源ランプから射出された光束を、ダイクロイックミラーを用いて三色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系と、分離された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する３枚の光変調装置（液晶パネル）及び各液晶パネルで変調された光束を合成するクロスダイクロイックプリズムを有する光学装置とを備える三板式のプロジェクタが知られている。
液晶パネルの入射側および射出側には、入射された光束のうち偏光軸に沿った方向の光束のみを透過させ、その他の方向の光束を吸収して、所定の偏光光束として射出する偏光板（光学変換素子）が配置されている。これらの入射側偏光板と、射出側偏光板とは、互いにその偏光軸が直交するように配置されており、これにより、液晶パネルにおいて画像情報に応じて変調された画像光が形成される。
このような偏光板は、一般的に、基板と、この基板上に形成された光学変換素子本体とを有している。この光学変換素子本体は、樹脂フィルム等からなる光学機能膜である偏光膜と、この偏光膜の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられたトリアセチルセルロース製のＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム等とを有する構成となっている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
末田 哲夫著「光学部品の使い方と留意点」、オプトロニクス社、平成１１年１１月１１日増補改訂版第６刷発行、第７６頁
【特許文献１】
特開２００１−４２４２４号公報（第４〜５頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の偏光板では、基板の屈折率と、光学変換素子本体の屈折率に差がある場合、入射光束の一部が基板と光学変換素子本体との界面で反射し、透過光に大きなロスが生じてしまう。そのため、光源から射出された光を効率よく利用することが困難となるという問題がある。
特に、近年、冷却効率を向上させる観点から、基板には熱伝導性の高いサファイアガラスが使用されることが多くなっている。サファイアガラスは屈折率が非常に高く、光学変換素子本体との屈折率の差がより大きくなるので、光源から射出された光を効率よく利用することがさらに困難となっている。
なお、このような問題は、光学機能膜として偏光フィルムを採用した偏光板に限らず、視野角補正フィルムや位相差フィルム等その他の光学機能を有する光学機能フィルムを採用した光学変換素子においても同じく発生している。
【０００５】
本発明の目的は、反射による透過光のロスを低減することができる光学変換素子及びこの光学変換素子を備えたプロジェクタを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学変換素子は、入射された光束の光学特性を変換して射出する光学機能膜を有する光学変換素子本体と、この光学変換素子本体が形成される基板とを備え、前記光学変換素子本体と、前記基板との間には、屈折率が前記光学変換素子本体と、前記基板との間の値となる中間層が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、光学機能膜とは、例えば、偏光フィルムや、視野角補正フィルム、位相差フィルム、輝度向上フィルム等の光学機能（入射された光束の光学特性を変換して射出する機能）を有するフィルムのことをいう。
また、光学変換素子本体は、光学機能膜を有するものであれば特に限定されないが、例えば、光学機能膜と、光学機能膜の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられたＴＡＣフィルム、ポリエステル系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、アクリル樹脂系フィルム等の透明性の高いフィルムとを有する構成があげられる。
また、基板は透明基板であればよく、例えば、ガラス基板や、水晶製の基板等をあげることができる。
また、中間層は、単層構造のものに限らず、多層構造のものであってもよい。ここで、多層構造とする場合には、光学変換素子本体から基板に向かって屈折率が高くなるように層を配置することが好ましい。
さらに、本発明の中間層は光学変換素子本体に直接接していてもよく、また、光学変換素子本体と同程度の屈折率を有する他の層を介して接していてもよい。例えば、他の層としては、接着層等が挙げられる。
【０００８】
屈折率ｎ１の物体Ａと、屈折率ｎ２の物体Ｂとが隣接している場合、この物体Ａ及び物体Ｂを透過する光束の反射率Ｒ（％）は次の式で示される。
【０００９】
【数１】
【００１０】
本発明によれば、光学素子本体と、基板との間には、光学素子本体と、基板との間の屈折率を有する中間層が形成されている。光学素子本体と中間層との界面での反射率をＲ１、中間層と基板との界面での反射率をＲ２、これらの合成反射率をＲ１２とし、また、中間層が形成されておらず、基板と光学素子本体とが直接隣接している場合の反射率をＲ３とすると、Ｒ１２＝１００−１００（１−Ｒ１／１００）（１−Ｒ２／１００）＜Ｒ３となる。従って、中間層を形成することで反射率を低下させることができ、透過光のロスを低減できる。これにより、光源から射出された光を効率よく利用することが可能となり、より明るい映像を投射することができる。
【００１１】
本発明では、（１）前記中間層は前記基板上に形成されているものであってもよく、また、（２）前記中間層は、前記光学変換素子本体と、前記基板とを接着する接着層であってもよい。
従来から使用している光学変換素子本体には、この光学変換素子本体と同程度の屈折率を有する接着層が予め貼り付けられており、基板はこの接着層を介して光学変換素子本体に接着されていた。
（１）の発明によれば、中間層を基板上に形成することで、従来の接着層が貼り付けられた光学変換素子本体を使用することができるので、製造コストの増加を防止することができ、経済的である。
【００１２】
また、（２）の発明によれば、接着層の屈折率を基板と光学変換素子本体の間の屈折率に調整し、これを中間層とすることによっても反射率Ｒの低減を行うことが可能である。
また、（１）の発明のように、光学変換素子と同程度の屈折率を持つ接着層を光学変換素子本体に貼り付け、この接着層と、基板との間に中間層を形成してもよいが、この場合には、層の数が増えてしまい、光学変換素子の製造に手間を要することとなる。これに対し、接着層の屈折率を調整し、これを中間層とすれば、層数が増えることなく、製造にも手間を要しない。
【００１３】
本発明では、前記基板はガラス基板であることが好ましい。
ガラス基板としては、例えば、サファイアガラス製、白板ガラス製等の基板を採用することができる。
【００１４】
本発明では、前記ガラス基板はサファイアガラス製であり、前記中間層の屈折率は１．４７〜１．７６であることが好ましい。
さらに、前記中間層がサファイアガラス製の基板上に形成されている場合には、前記中間層として、Ｓｉ２Ｏ３、ＤｙＦ３、ＬａＦ３、ＮｄＦ３、ＣｅＦ３、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも何れか一つを採用することが可能である。
この発明によれば、基板をサファイアガラス製とすると、熱伝導率が向上できるため、冷却効率を向上させることができる。また、サファイアガラスは、硬度も非常に高いので、光学変換素子の強度を確保することができる。
【００１５】
本発明では、前記光学機能膜は、ポリビニルアルコールを主成分とする偏光フィルムであることが好ましい。
この発明によれば、偏光フィルムで変換された偏光光束の透過率の低減を防止することができる。
【００１６】
本発明のプロジェクタは、以上のような光学変換素子を備えて構成されることが好ましい。
この発明によれば、前述した光学変換素子と略同様の作用効果を奏することができる。つまり、反射による透過光のロスを低減することができ、明るい映像を映し出すことができるプロジェクタとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
［光学系の構成］
図１には、本発明の実施形態に係るプロジェクタ１の光学系の構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ１は、インテグレータ照明光学系１０、色分離光学系２０、リレー光学系３０、光学装置４０、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム６０、および投写光学系である投写レンズ７０を備えている。
前記インテグレータ照明光学系１０は、光源装置１１および均一照明光学系１５を備え、光源装置１１は、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の光源ランプ１２、および、光源ランプ１２から射出された光束の射出方向を揃えて平行化する放物面リフレクタ１３から構成されている。
均一照明光学系１５は、光源装置１１から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束の偏光方向を、Ｐ偏光光束あるいはＳ偏光光束に揃えるものであり、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、ＰＢＳアレイ１８、およびコンデンサレンズ１９を含んで構成されている。
【００１８】
第１レンズアレイ１６は、光源ランプ１２から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸と直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えて構成され、各レンズの縦横比は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応している。
【００１９】
第２レンズアレイ１７は、前述の第１レンズアレイ１６により分割された部分部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１６と同様に照明光軸に直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えている。各レンズの配列は、第１レンズアレイ１６を構成するレンズと対応しているが、その大きさは、第１レンズアレイ１６のように液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応する必要はない。
【００２０】
偏光変換素子としてのＰＢＳアレイ１８は、第１レンズアレイ１６により分割された各部分光束の偏光方向を一方向に揃える光学素子である。
具体的に、ＰＢＳアレイ１８によって１種類の偏光光束に変換された各部分光束は、コンデンサレンズ１９によって最終的に液晶パネル４１上にほぼ重畳される。偏光光束を変調するタイプの液晶パネル４１を用いたプロジェクタ１では、１種類の偏光光束しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光束を発する光源ランプ１２からの光束の略半分が利用されない。このため、ＰＢＳアレイ１８を用いることにより、光源ランプ１２から射出された光束を全て１種類の偏光光束に変換し、液晶パネル４１での光の利用効率を高めている。なお、このようなＰＢＳアレイ１８は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００２１】
コンデンサレンズ１９は、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、およびＰＢＳアレイ１８を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域上に重畳させる機能を有するレンズである。
【００２２】
色分離光学系２０は、２枚のダイクロイックミラー２１，２２と、反射ミラー２３とを備え、ダイクロイックミラー２１、２２によりインテグレータ照明光学系１０から射出された複数の部分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。
【００２３】
リレー光学系３０は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３３と、反射ミラー３２、３４とを備え、色分離光学系２０で分離された色光である赤色光を液晶パネル４１Ｒまで導く機能を有している。
【００２４】
この際、色分離光学系２０のダイクロイックミラー２１では、インテグレータ照明光学系１０から射出された光束のうち、赤色光と緑色光を透過し、青色光を反射する。ダイクロイックミラー２１によって反射した青色光は、反射ミラー２３で反射し、フィールドレンズ４４を通って、青色用の液晶パネル４１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４４は、第２レンズアレイ１７から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１Ｇ、４１Ｒの光束入射側に設けられたフィールドレンズ４４も同様である。
【００２５】
また、ダイクロイックミラー２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー２２によって反射し、フィールドレンズ４４を通って、緑色用の液晶パネル４１Ｇに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー２２を透過してリレー光学系３０を通り、さらにフィールドレンズ４４を通って、赤色光用の液晶パネル４１Ｒに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系３０が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４４に伝えるためである。なお、リレー光学系３０には、３つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
【００２６】
光学装置４０は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系２０で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの入射側に配置されるフィールドレンズ４４と、各入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの後段に配置される光変調装置としての液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、各液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの後段に配置される射出側偏光ユニット４３と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム６０とを備える。
【００２７】
液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂから射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、色分離光学系２０で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収する光学変換素子である。また、射出側偏光ユニット４３も、液晶パネル４１（４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。図２に示すように、射出側偏光ユニット４３は、３つの光学変換素子、具体的には、視野角補償板５２と、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１とを有している。
尚、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ、射出側偏光ユニット４３の構成の詳細は、後述する。
フィールドレンズ４４は、インテグレータ照明光学系１０のコンデンサレンズ１９で絞り込まれた射出光束を照明光軸に対して平行にするための光学素子である。
【００２８】
クロスダイクロイックプリズム６０は、射出側偏光ユニット４３から射出され、各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム６０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
【００２９】
［入射側偏光板４２Ｂと射出側偏光ユニット４３の詳細な構成］
図３に示すように、入射側偏光板４２Ｂは、基板４５と、光学変換素子本体である位相差板本体４６と、光学変換素子本体である偏光板本体４７とを備えている。なお、ここで矢印Ａは光束の透過方向を示す。
【００３０】
位相差板本体４６は、基板４５の光束入射側端面に貼り付けられており、位相差膜４６１と、２枚のＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム４６２と、このＴＡＣフィルム４６２の図中上面に設けられたＡＲ膜４６３とを備えている。
位相差膜４６１は、透過する光束に位相差を生じさせるものであり、例えば、ポリカーボネート等を使用することができる。
【００３１】
ＴＡＣフィルム４６２は、位相差膜４６１の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられており、透明性や平面性等に優れるとともに、分子配向による異方性が非常に小さいことから位相差膜４６１の機械的強度を補う補強用フィルムとしての機能を有する。
このような位相差板本体４６の屈折率は、例えば、１．４９程度である。
また、この位相差板本体４６の基板４５側の面（基板４５側のＴＡＣフィルム４６２）には、接着層４８が設けられている。この接着層４８は、例えば、アクリル系の透明樹脂である。接着層４８の屈折率は、位相差板本体４６の屈折率と略同じであり、例えば、１．４７程度である。
【００３２】
偏光板本体４７は、基板４５の光束射出側端面に貼り付けられている。この偏光板本体４７は、位相差板本体４６と略同じ構成であるが、位相差膜４６１の代わりに偏光膜４７１が使用されている。偏光膜４７１は、透過する光束を偏光させるものであり、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）にヨウ素を吸着・分散させたものを一定方向に延伸してフィルム状に形成したものである。なお、ヨウ素の代わりに、２色性を有する染料分子をＰＶＡに吸着・分散させてもよい。本実施形態において、この偏光板本体４７の屈折率は、位相差板本体４６の屈折率と略同じである。
また、位相差板本体４６と同様に、偏光板本体４７の基板４５側の面（基板４５側のＴＡＣフィルム４６２）には、接着層４８が設けられている。
【００３３】
基板４５は、サファイアガラス製の板材であり、その屈折率は１．７６程度である。
この基板４５の光束射出側端面及び光束入射側端面には、中間層４９Ａ，４９Ｂが形成されている。すなわち、基板４５と偏光板本体４７の間には中間層４９Ａが配置され、基板４５と、位相差板本体４６との間には中間層４９Ｂが配置されていることとなる。このような中間層４９Ａ，４９Ｂの層厚さはλ／４であることが好ましい。
中間層４９Ａは、偏光板本体４７と、基板４５との間の屈折率、具体的には、１．４７から１．７６の屈折率を有している。また、中間層４９Ｂは、位相差板本体４６と基板４５との間の屈折率を有しているが、本実施形態では、位相差板本体４６と偏光板本体４７とは同じ屈折率であるため、中間層４９Ｂは、１．４７から１．７６の屈折率を有するものとなる。従って、本実施形態では、中間層４９Ｂと中間層４９Ａとを同じ材質の層で構成することが可能である。
【００３４】
このような中間層４９Ａ，４９Ｂとしては、例えば、Ｓｉ２Ｏ３（屈折率１．５５）、ＤｙＦ３（屈折率１．５６）、ＬａＦ３（屈折率１．６０）、ＮｄＦ３（屈折率１．６０）、ＣｅＦ３（屈折率１．６３）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率１．６３）等の層を使用することができるが、本実施形態では、中間層４９Ａ，４９ＢはＬａＦ３（屈折率１．６０）の単層とする。
【００３５】
射出側偏光ユニット４３は、前述したように、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１と、視野角補償板５２とを有している。
図４には、射出側偏光ユニット４３の第１の偏光板５０が示されている。この第１の偏光板５０は、入射側偏光板４２Ｂと略同様の構成であるが、位相差板本体４６は有していない点で入射側偏光板４２Ｂと異なっている。また、第１の偏光板５０の偏光膜４７１の偏光軸の方向は、入射側偏光板４２Ｂの偏光膜４７１の偏光軸の方向と異なっている。
また、第２の偏光板５１は、第１の偏光板５０と同様の構成となっている。
【００３６】
さらに、視野角補償板５２は、第１の偏光板５０と略同様の構成であるが、偏光板本体４７の偏光膜４７１に代えて視野角補償膜を有する視野角補償板本体５３（光学変換素子本体）を有している（図２参照）。視野角補償膜は、液晶パネル４１Ｂで生じた複屈折を補償するものであり、これにより広視野角化が可能となり、高いコントラスト比を得ることができる。
視野角補償板本体５３の屈折率は、偏光板本体４７の屈折率と同じであるため、視野角補償板本体５３と基板４５との間に配置される中間層は、中間層４９Ａと同様の中間層を使用することができる。
【００３７】
次に、上述した光学変換素子４２Ｂ，５０，５１，５２における光束の反射と透過について説明する。ここでは、第１の偏光板５０を用いて詳細に説明する。図５には、第１の偏光板５０の偏光板本体４７上に形成された接着層４８と中間層４９Ａとの界面、中間層４９Ａと基板４５との界面における透過と反射の模式図を示す。
偏光板本体４７から射出された光束は、接着層４８に入射する。この接着層４８と偏光板本体４７の屈折率は略同じであるため接着層４８と、偏光板本体４７との間での反射は無視できる。接着層４８から射出され、中間層４９Ａに入射する光束のうち一部（矢印Ｂ１）は、接着層４８（屈折率１．４７）と中間層４９Ａとの界面で反射を起こす。反射率Ｒ（％）は以下の式（２）により求められる。中間層Ａの屈折率をｎ１に代入し、接着層４８の屈折率をｎ２に代入し、式（２）で求められた反射率をＲ１とする。
【００３８】
【数２】
【００３９】
さらに、光束が中間層４９Ａを透過し、基板４５に入射しようとすると、この光束の一部（矢印Ｂ２）が基板４５と中間層４９Ａとの界面で反射する。このときの反射率Ｒ２も上記式から求められる。
透過光（矢印Ａ）の透過率Ｔ１（％）は、１００（１−Ｒ１／１００）（１−Ｒ２／１００）で示され、９９．６％となる。
中間層４９Ａを形成しない場合、接着層４８と基板４５との界面での反射率Ｒ３は０．８％であり、透過率Ｔ０（％）（Ｔ０＝１００−Ｒ３）は９９．２％である。従って、中間層４９Ａを形成した場合には、中間層４９Ａを形成しない場合よりも透過率が０．４％増加し、またＴ１／Ｔ０は１００．４％となる。
【００４０】
第２の偏光板５１、視野角補償板５２、入射側偏光板４２Ｂにおいても第１の偏光板５０と同様の光束の透過及び反射が起こる。
入射側偏光板４２Ｂでは、位相差板本体４６と、基板４５との間で透過率が０．４％増加し、基板４５と偏光板本体４７との間で透過率が０．４％増加するため、入射側偏光板４２Ｂにおいて透過率が０．８％増加することとなる。また、視野角補償板５２、第２の偏光板５１では、第１の偏光板５０と同様に透過率はそれぞれ０．４％ずつ増加することとなる。
以上のことから、入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの青色光の透過率は、中間層４９Ａ，４９Ｂが形成されていないものを採用した場合に比べ２％増加することがわかる。
【００４１】
なお、ここでは、青色光について説明したが、赤色光、緑色光においても同様である。
図１に示したように赤色光は入射側偏光板４２Ｒ及び射出側偏光ユニット４３を透過する。ここでは図示しないが、入射側偏光板４２Ｒは、基板４５の光束射出側端面に位相差板本体４６及び偏光板本体４７が設けられた構造となっている。このような構造の入射側偏光板４２Ｒでは、中間層４９Ａは位相差板本体４６と基板４５との間に形成されている。従って、入射側偏光板４２Ｒの透過率は中間層４９Ａが設けられていない場合に比べ、０．４％増加することとなり、これに射出側偏光ユニット４３での透過率の増加分を合わせると１．６％増加することとなる。
また、緑色光の入射側偏光板４２Ｇには位相差板本体４６は設けられておらず、第１の偏光板５０と同様の構成となっている（図示略）。従って、入射側偏光板４２Ｇにおいては、透過率が０．４％増加し、これに射出側偏光ユニット４３での透過率の増加分を合わせると１．６％増加することとなる。
【００４２】
従って、第１実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１） 第１の偏光板５０において、基板４５と、偏光板本体４７との間に中間層４９Ａを配置したことにより、中間層４９Ａが配置されていない場合に比べ透過率が０．４％増加した。これにより、光源ランプ１２から射出された光を効率よく利用することが可能となり、より明るい映像を投射することができる。また、第１の偏光板５０と同様に、入射側偏光板４２Ｂは中間層４９Ａ，４９Ｂ、第２の偏光板５１、視野角補償板５２は、中間層４９Ａを有する構成としたので、青色光の透過率は全体で２．０％も増加し、反射による光のロスをより効果的に低減できる。なお、赤色光、緑色光においても全体で１．６％透過率が上昇するので同様の効果を奏することができる。
【００４３】
（２） 従来から、偏光板本体４７や、視野角補償板本体５３には、予め偏光板本体４７等と同等の屈折率を有する接着層４８が設けられていることが多い。基板４５上に中間層４９Ａ，４９Ｂを形成することで、予め設けられた接着層４８により基板４５と偏光板本体４７等とを接着することが可能である。従って、従来から使用されている偏光板本体４７等を利用することができ、製造コストの増加を防止できる。
【００４４】
（３） 基板４５をサファイアガラス製としたので、熱伝導率が向上でき、冷却効率を向上させることができる。また、サファイアガラスは、硬度も非常に高いので、入射側偏光板４２Ｂ等の強度を確保することができる
【００４５】
（４） 射出側偏光ユニット４３では、通常一枚しか配置されない偏光板を第１の偏光板５０と第２の偏光板５１の２つに分けている。これにより各偏光膜４７１に吸収される熱量を少なくすることができ、偏光膜４７１の劣化を防止できる。
（５） 中間層４９Ａ，４９Ｂを単層構造としたので、中間層４９Ａ，４９Ｂの形成に手間を要しない。
【００４６】
以下、本発明の第２実施形態を示す。前記実施形態では、中間層４９Ａ，４９Ｂは、単層構造であったが、図６に示すように、本実施形態の中間層４９Ｃは、二層構造となっている。
中間層４９Ａは屈折率が１．５６の第１層４９１と、屈折率が１．６６の第２層４９２とを有している。第１層４９１及び第２層４９２の層厚さはそれぞれλ／４である。屈折率の低い第１層４９１が偏光板本体４７側、屈折率が高い第２層４９２が基板４５側となっており、基板４５に向かって屈折率が高くなるように配置されている。
【００４７】
偏光板本体４７に入射した光束は接着層４８を透過し、中間層４９Ａの第１層４９１に入射する。この際、光束の一部（矢印Ｂ３）が第１層４９１と接着層４８との界面で反射する。この反射率をＲ４とする。さらに、光束が第２層４９２に入射すると、その光束の一部（矢印Ｂ４）が第１層４９１と、第２層４９２との界面で反射する。この反射率をＲ５とする。第２層４９２から基板４５に光束が入射する際にも、光束の一部（矢印Ｂ５）が第２層４９２と基板４５との界面で反射する。この反射率をＲ６とする。
【００４８】
このような場合の透過率Ｔ２（％）（Ｔ２＝１００（１−Ｒ４／１００）（１−Ｒ５／１００）（１−Ｒ６／１００））は９９．７％となり、中間層４９Ｃが設けられていない場合（透過率Ｔ０）に比べ０．５％透過率が増加し、Ｔ２／Ｔ０は１００．５％となる。
なお、ここでは、第１の偏光板５０についての光束の透過及び反射について述べたが、第２の偏光板５１、視野角補償板５２、入射側偏光板４２Ｂにおいても同様である。従って、入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの青色光の透過率は２．５％増加することとなる。また、緑色光及び赤色光においても同様であり、両色光の入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの透過率は２．０％増加することとなる。
【００４９】
従って、第２実施形態によれば、前記実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
（６） 中間層４９Ｃを２層構造とすることで、接着層４８、第１層４９１、第２層４９２、基板４５間の屈折率の差を小さくすることができ、これにより反射率をより小さいものとすることができる。従って、光の利用率をより一層高めることができ、明るい映像を投射することができる。
【００５０】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形も含むものである。
例えば、前記実施形態では、中間層４９Ｃは２層構造としていたが、本発明では、３層構造、４層構造、それ以上の層構造としてもよい。
また、例えば中間層を３層構造とする場合には第１層、第２層、第３層の層厚さをそれぞれλ／４としてもよく、また、第１層、第２層、第３層の順にλ／２、λ／４、λ／２としてもよい。
さらに、第１実施形態では中間層４９Ａ，４９Ｂの層厚さをλ／４、第２実施形態では、第１層４９１及び第２層４９２の層厚さをそれぞれλ／４としたが、層厚さはこれには、限られない。
【００５１】
また、第１実施形態では、単層構造の中間層４９Ａ，４９Ｂの屈折率を、１．６１としたが、これに限らず、光学変換素子本体と基板４５との間の屈折率であればよい。例えば、図７に示すように中間層（単層構造）を様々な屈折率とすることができる。中間層を単層構造とする場合には、１．６２程度の屈折率のものを使用することが最も好ましいことがわかる。なお、図７中、黒丸でプロットしたものは中間層を設けた場合の透過率であり、黒四角でプロットしたものは中間層を設けた場合の透過率を、中間層を設けていない場合の透過率で割った値である。
【００５２】
さらに、前記実施形態では基板４５をサファイアガラス製としたが、これには限られず、例えば、白板ガラス製等であってもよい。さらには、このようなガラス基板ではなく、例えば、水晶製の基板であってもよい。
【００５３】
前記実施形態では、中間層４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃは、接着層４８とは別の層であったが、このような構成に限らず、接着層自身を光学変換素子本体と基板４５との間の屈折率を有するものとし、これを中間層としてもよい。中間層４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃと接着層４８とを別層とした場合には層の数が増えることとなり、製造に手間を要するが、接着層を中間層とすれば、層の数が増えることがないので製造に手間がかからない。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、射出側偏光ユニット４３は、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１と、視野角補償板５２とを有しているとしたが、このような構成に限らず、例えば、第１の偏光板を偏光板本体と視野角補償板本体とを有するものとしてもよい。このようにすれば、第１の偏光板が液晶パネルで生じた複屈折を補償するという機能を有することとなるので、視野角補償板５２が不要となり、部材点数の削減を図ることが可能となる。
さらに、前記実施形態では、射出側偏光ユニット４３は、第１偏光板５０と第２偏光板５１とを有しているとしたが、このような構成に限らず、偏光板は一枚であってもよい。偏光板を一枚とすれば、部材点数を削減できる。また、このように偏光板を一枚とする場合においても、この偏光板を偏光板本体と視野角補償板本体とを有するものとし、射出側偏光ユニットは視野角補償板５２を備えないものとしてもよい。
また、射出側偏光ユニットは、第１偏光板５０と第２偏光板５１のみを有し、視野角補償板５２を有しないものとしてもよい。視野角補償板５２を有しないものとすれば、その分、コストを低減させることができる。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光学系を示す模式図。
【図２】前記模式図の要部を示す図。
【図３】入射側偏光板を示す断面図。
【図４】射出側偏光ユニットの第１の偏光板の断面図。
【図５】第１の偏光板における光束の反射と透過を示す模式図。
【図６】本発明の第２実施形態の光束の反射と透過を示す模式図。
【図７】中間層の屈折率と透過率との関係を示した図。
【符号の説明】
１…プロジェクタ、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…入射側偏光板（光学変換素子）、４５…基板、４６…位相差板本体（光学素子本体）、４７…偏光板本体（光学素子本体）、４８…接着層、４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ…中間層、５０…第１の偏光板（光学変換素子）、５１…第２の偏光板（光学変換素子）、５２…視野角補償板（光学変換素子）、５３…視野角補償板本体（光学変換素子本体）、４６１…位相差膜（光学変換膜）、４７１…偏光膜（光学変換膜）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学変換素子及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、光源ランプから射出された光束を、ダイクロイックミラーを用いて三色の色光Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系と、分離された光束を色光毎に画像情報に応じて変調する３枚の光変調装置（液晶パネル）及び各液晶パネルで変調された光束を合成するクロスダイクロイックプリズムを有する光学装置とを備える三板式のプロジェクタが知られている。
液晶パネルの入射側および射出側には、入射された光束のうち偏光軸に沿った方向の光束のみを透過させ、その他の方向の光束を吸収して、所定の偏光光束として射出する偏光板（光学変換素子）が配置されている。これらの入射側偏光板と、射出側偏光板とは、互いにその偏光軸が直交するように配置されており、これにより、液晶パネルにおいて画像情報に応じて変調された画像光が形成される。
このような偏光板は、一般的に、基板と、この基板上に形成された光学変換素子本体とを有している。この光学変換素子本体は、樹脂フィルム等からなる光学機能膜である偏光膜と、この偏光膜の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられたトリアセチルセルロース製のＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム等とを有する構成となっている（例えば、非特許文献１、特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
末田 哲夫著「光学部品の使い方と留意点」、オプトロニクス社、平成１１年１１月１１日増補改訂版第６刷発行、第７６頁
【特許文献１】
特開２００１−４２４２４号公報（第４〜５頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の偏光板では、基板の屈折率と、光学変換素子本体の屈折率に差がある場合、入射光束の一部が基板と光学変換素子本体との界面で反射し、透過光に大きなロスが生じてしまう。そのため、光源から射出された光を効率よく利用することが困難となるという問題がある。
特に、近年、冷却効率を向上させる観点から、基板には熱伝導性の高いサファイアガラスが使用されることが多くなっている。サファイアガラスは屈折率が非常に高く、光学変換素子本体との屈折率の差がより大きくなるので、光源から射出された光を効率よく利用することがさらに困難となっている。
なお、このような問題は、光学機能膜として偏光フィルムを採用した偏光板に限らず、視野角補正フィルムや位相差フィルム等その他の光学機能を有する光学機能フィルムを採用した光学変換素子においても同じく発生している。
【０００５】
本発明の目的は、反射による透過光のロスを低減することができる光学変換素子及びこの光学変換素子を備えたプロジェクタを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学変換素子は、入射された光束の光学特性を変換して射出する光学機能膜を有する光学変換素子本体と、この光学変換素子本体が形成される基板とを備え、前記光学変換素子本体と、前記基板との間には、屈折率が前記光学変換素子本体と、前記基板との間の値となる中間層が配置されていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、光学機能膜とは、例えば、偏光フィルムや、視野角補正フィルム、位相差フィルム、輝度向上フィルム等の光学機能（入射された光束の光学特性を変換して射出する機能）を有するフィルムのことをいう。
また、光学変換素子本体は、光学機能膜を有するものであれば特に限定されないが、例えば、光学機能膜と、光学機能膜の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられたＴＡＣフィルム、ポリエステル系フィルム、ポリカーボネート系フィルム、アクリル樹脂系フィルム等の透明性の高いフィルムとを有する構成があげられる。
また、基板は透明基板であればよく、例えば、ガラス基板や、水晶製の基板等をあげることができる。
また、中間層は、単層構造のものに限らず、多層構造のものであってもよい。ここで、多層構造とする場合には、光学変換素子本体から基板に向かって屈折率が高くなるように層を配置することが好ましい。
さらに、本発明の中間層は光学変換素子本体に直接接していてもよく、また、光学変換素子本体と同程度の屈折率を有する他の層を介して接していてもよい。例えば、他の層としては、接着層等が挙げられる。
【０００８】
屈折率ｎ１の物体Ａと、屈折率ｎ２の物体Ｂとが隣接している場合、この物体Ａ及び物体Ｂを透過する光束の反射率Ｒ（％）は次の式で示される。
【０００９】
【数１】
本発明によれば、光学素子本体と、基板との間には、光学素子本体と、基板との間の屈折率を有する中間層が形成されている。光学素子本体と中間層との界面での反射率をＲ１、中間層と基板との界面での反射率をＲ２、これらの合成反射率をＲ１２とし、また、中間層が形成されておらず、基板と光学素子本体とが直接隣接している場合の反射率をＲ３とすると、Ｒ１２＝１００−１００（１−Ｒ１／１００）（１−Ｒ２／１００）＜Ｒ３となる。従って、中間層を形成することで反射率を低下させることができ、透過光のロスを低減できる。これにより、光源から射出された光を効率よく利用することが可能となり、より明るい映像を投射することができる。
【００１１】
本発明では、（１）前記中間層は前記基板上に形成されているものであってもよく、また、（２）前記中間層は、前記光学変換素子本体と、前記基板とを接着する接着層であってもよい。
従来から使用している光学変換素子本体には、この光学変換素子本体と同程度の屈折率を有する接着層が予め貼り付けられており、基板はこの接着層を介して光学変換素子本体に接着されていた。
（１）の発明によれば、中間層を基板上に形成することで、従来の接着層が貼り付けられた光学変換素子本体を使用することができるので、製造コストの増加を防止することができ、経済的である。
【００１２】
また、（２）の発明によれば、接着層の屈折率を基板と光学変換素子本体の間の屈折率に調整し、これを中間層とすることによっても反射率Ｒの低減を行うことが可能である。
また、（１）の発明のように、光学変換素子と同程度の屈折率を持つ接着層を光学変換素子本体に貼り付け、この接着層と、基板との間に中間層を形成してもよいが、この場合には、層の数が増えてしまい、光学変換素子の製造に手間を要することとなる。これに対し、接着層の屈折率を調整し、これを中間層とすれば、層数が増えることなく、製造にも手間を要しない。
【００１３】
本発明では、前記基板はガラス基板であることが好ましい。
ガラス基板としては、例えば、サファイアガラス製、白板ガラス製等の基板を採用することができる。
【００１４】
本発明では、前記ガラス基板はサファイアガラス製であり、前記中間層の屈折率は１．４７〜１．７６であることが好ましい。
さらに、前記中間層がサファイアガラス製の基板上に形成されている場合には、前記中間層として、Ｓｉ２Ｏ３、ＤｙＦ３、ＬａＦ３、ＮｄＦ３、ＣｅＦ３、Ａｌ２Ｏ３のうちの少なくとも何れか一つを採用することが可能である。
この発明によれば、基板をサファイアガラス製とすると、熱伝導率が向上できるため、冷却効率を向上させることができる。また、サファイアガラスは、硬度も非常に高いので、光学変換素子の強度を確保することができる。
【００１５】
本発明では、前記光学機能膜は、ポリビニルアルコールを主成分とする偏光フィルムであることが好ましい。
この発明によれば、偏光フィルムで変換された偏光光束の透過率の低減を防止することができる。
【００１６】
本発明のプロジェクタは、以上のような光学変換素子を備えて構成されることが好ましい。
この発明によれば、前述した光学変換素子と略同様の作用効果を奏することができる。つまり、反射による透過光のロスを低減することができ、明るい映像を映し出すことができるプロジェクタとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
［光学系の構成］
図１には、本発明の実施形態に係るプロジェクタ１の光学系の構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ１は、インテグレータ照明光学系１０、色分離光学系２０、リレー光学系３０、光学装置４０、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム６０、および投写光学系である投写レンズ７０を備えている。
前記インテグレータ照明光学系１０は、光源装置１１および均一照明光学系１５を備え、光源装置１１は、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の光源ランプ１２、および、光源ランプ１２から射出された光束の射出方向を揃えて平行化する放物面リフレクタ１３から構成されている。
均一照明光学系１５は、光源装置１１から射出された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束の偏光方向を、Ｐ偏光光束あるいはＳ偏光光束に揃えるものであり、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、ＰＢＳアレイ１８、およびコンデンサレンズ１９を含んで構成されている。
【００１８】
第１レンズアレイ１６は、光源ランプ１２から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸と直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えて構成され、各レンズの縦横比は、後述する光学装置４０を構成する液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応している。
【００１９】
第２レンズアレイ１７は、前述の第１レンズアレイ１６により分割された部分部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１６と同様に照明光軸に直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えている。各レンズの配列は、第１レンズアレイ１６を構成するレンズと対応しているが、その大きさは、第１レンズアレイ１６のように液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応する必要はない。
【００２０】
偏光変換素子としてのＰＢＳアレイ１８は、第１レンズアレイ１６により分割された各部分光束の偏光方向を一方向に揃える光学素子である。
具体的に、ＰＢＳアレイ１８によって１種類の偏光光束に変換された各部分光束は、コンデンサレンズ１９によって最終的に液晶パネル４１上にほぼ重畳される。偏光光束を変調するタイプの液晶パネル４１を用いたプロジェクタ１では、１種類の偏光光束しか利用できないため、他種類のランダムな偏光光束を発する光源ランプ１２からの光束の略半分が利用されない。このため、ＰＢＳアレイ１８を用いることにより、光源ランプ１２から射出された光束を全て１種類の偏光光束に変換し、液晶パネル４１での光の利用効率を高めている。なお、このようなＰＢＳアレイ１８は、たとえば特開平８−３０４７３９号公報に紹介されている。
【００２１】
コンデンサレンズ１９は、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、およびＰＢＳアレイ１８を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域上に重畳させる機能を有するレンズである。
【００２２】
色分離光学系２０は、２枚のダイクロイックミラー２１，２２と、反射ミラー２３とを備え、ダイクロイックミラー２１、２２によりインテグレータ照明光学系１０から射出された複数の部分光束を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。
【００２３】
リレー光学系３０は、入射側レンズ３１と、リレーレンズ３３と、反射ミラー３２、３４とを備え、色分離光学系２０で分離された色光である赤色光を液晶パネル４１Ｒまで導く機能を有している。
【００２４】
この際、色分離光学系２０のダイクロイックミラー２１では、インテグレータ照明光学系１０から射出された光束のうち、赤色光と緑色光を透過し、青色光を反射する。ダイクロイックミラー２１によって反射した青色光は、反射ミラー２３で反射し、フィールドレンズ４４を通って、青色用の液晶パネル４１Ｂに到達する。このフィールドレンズ４４は、第２レンズアレイ１７から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶パネル４１Ｇ、４１Ｒの光束入射側に設けられたフィールドレンズ４４も同様である。
【００２５】
また、ダイクロイックミラー２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー２２によって反射し、フィールドレンズ４４を通って、緑色用の液晶パネル４１Ｇに到達する。一方、赤色光は、ダイクロイックミラー２２を透過してリレー光学系３０を通り、さらにフィールドレンズ４４を通って、赤色光用の液晶パネル４１Ｒに到達する。
なお、赤色光にリレー光学系３０が用いられているのは、赤色光の光路の長さが他の色光の光路長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ３１に入射した部分光束をそのまま、フィールドレンズ４４に伝えるためである。なお、リレー光学系３０には、３つの色光のうちの赤色光を通す構成としたが、これに限らず、例えば、青色光を通す構成としてもよい。
【００２６】
光学装置４０は、入射された光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、色分離光学系２０で分離された各色光が入射される３つの入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの入射側に配置されるフィールドレンズ４４と、各入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの後段に配置される光変調装置としての液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、各液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの後段に配置される射出側偏光ユニット４３と、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム６０とを備える。
【００２７】
液晶パネル４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂから射出された偏光光束の偏光方向を変調する。
入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、色分離光学系２０で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収する光学変換素子である。また、射出側偏光ユニット４３も、液晶パネル４１（４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）から射出された光束のうち、所定方向の偏光光束のみ透過させ、その他の光束を吸収するものである。図２に示すように、射出側偏光ユニット４３は、３つの光学変換素子、具体的には、視野角補償板５２と、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１とを有している。
尚、入射側偏光板４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ、射出側偏光ユニット４３の構成の詳細は、後述する。
フィールドレンズ４４は、インテグレータ照明光学系１０のコンデンサレンズ１９で絞り込まれた射出光束を照明光軸に対して平行にするための光学素子である。
【００２８】
クロスダイクロイックプリズム６０は、射出側偏光ユニット４３から射出され、各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成するものである。
クロスダイクロイックプリズム６０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
【００２９】
［入射側偏光板４２Ｂと射出側偏光ユニット４３の詳細な構成］
図３に示すように、入射側偏光板４２Ｂは、基板４５と、光学変換素子本体である位相差板本体４６と、光学変換素子本体である偏光板本体４７とを備えている。なお、ここで矢印Ａは光束の透過方向を示す。
【００３０】
位相差板本体４６は、基板４５の光束入射側端面に貼り付けられており、位相差膜４６１と、２枚のＴＡＣ（Ｔｒｉａｃｅｔｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルム４６２と、このＴＡＣフィルム４６２の図中上面に設けられたＡＲ膜４６３とを備えている。
位相差膜４６１は、透過する光束に位相差を生じさせるものであり、例えば、ポリカーボネート等を使用することができる。
【００３１】
ＴＡＣフィルム４６２は、位相差膜４６１の光束入射側端面及び光束射出側端面に設けられており、透明性や平面性等に優れるとともに、分子配向による異方性が非常に小さいことから位相差膜４６１の機械的強度を補う補強用フィルムとしての機能を有する。
このような位相差板本体４６の屈折率は、例えば、１．４９程度である。
また、この位相差板本体４６の基板４５側の面（基板４５側のＴＡＣフィルム４６２）には、接着層４８が設けられている。この接着層４８は、例えば、アクリル系の透明樹脂である。接着層４８の屈折率は、位相差板本体４６の屈折率と略同じであり、例えば、１．４７程度である。
【００３２】
偏光板本体４７は、基板４５の光束射出側端面に貼り付けられている。この偏光板本体４７は、位相差板本体４６と略同じ構成であるが、位相差膜４６１の代わりに偏光膜４７１が使用されている。偏光膜４７１は、透過する光束を偏光させるものであり、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ）にヨウ素を吸着・分散させたものを一定方向に延伸してフィルム状に形成したものである。なお、ヨウ素の代わりに、２色性を有する染料分子をＰＶＡに吸着・分散させてもよい。本実施形態において、この偏光板本体４７の屈折率は、位相差板本体４６の屈折率と略同じである。
また、位相差板本体４６と同様に、偏光板本体４７の基板４５側の面（基板４５側のＴＡＣフィルム４６２）には、接着層４８が設けられている。
【００３３】
基板４５は、サファイアガラス製の板材であり、その屈折率は１．７６程度である。
この基板４５の光束射出側端面及び光束入射側端面には、中間層４９Ａ，４９Ｂが形成されている。すなわち、基板４５と偏光板本体４７の間には中間層４９Ａが配置され、基板４５と、位相差板本体４６との間には中間層４９Ｂが配置されていることとなる。このような中間層４９Ａ，４９Ｂの層厚さはλ／４であることが好ましい。
中間層４９Ａは、偏光板本体４７と、基板４５との間の屈折率、具体的には、１．４７から１．７６の屈折率を有している。また、中間層４９Ｂは、位相差板本体４６と基板４５との間の屈折率を有しているが、本実施形態では、位相差板本体４６と偏光板本体４７とは同じ屈折率であるため、中間層４９Ｂは、１．４７から１．７６の屈折率を有するものとなる。従って、本実施形態では、中間層４９Ｂと中間層４９Ａとを同じ材質の層で構成することが可能である。
【００３４】
このような中間層４９Ａ，４９Ｂとしては、例えば、Ｓｉ２Ｏ３（屈折率１．５５）、ＤｙＦ３（屈折率１．５６）、ＬａＦ３（屈折率１．６０）、ＮｄＦ３（屈折率１．６０）、ＣｅＦ３（屈折率１．６３）、Ａｌ２Ｏ３（屈折率１．６３）等の層を使用することができるが、本実施形態では、中間層４９Ａ，４９ＢはＬａＦ３（屈折率１．６０）の単層とする。
【００３５】
射出側偏光ユニット４３は、前述したように、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１と、視野角補償板５２とを有している。
図４には、射出側偏光ユニット４３の第１の偏光板５０が示されている。この第１の偏光板５０は、入射側偏光板４２Ｂと略同様の構成であるが、位相差板本体４６は有していない点で入射側偏光板４２Ｂと異なっている。また、第１の偏光板５０の偏光膜４７１の偏光軸の方向は、入射側偏光板４２Ｂの偏光膜４７１の偏光軸の方向と異なっている。
また、第２の偏光板５１は、第１の偏光板５０と同様の構成となっている。
【００３６】
さらに、視野角補償板５２は、第１の偏光板５０と略同様の構成であるが、偏光板本体４７の偏光膜４７１に代えて視野角補償膜を有する視野角補償板本体５３（光学変換素子本体）を有している（図２参照）。視野角補償膜は、液晶パネル４１Ｂで生じた複屈折を補償するものであり、これにより広視野角化が可能となり、高いコントラスト比を得ることができる。
視野角補償板本体５３の屈折率は、偏光板本体４７の屈折率と同じであるため、視野角補償板本体５３と基板４５との間に配置される中間層は、中間層４９Ａと同様の中間層を使用することができる。
【００３７】
次に、上述した光学変換素子４２Ｂ，５０，５１，５２における光束の反射と透過について説明する。ここでは、第１の偏光板５０を用いて詳細に説明する。図５には、第１の偏光板５０の偏光板本体４７上に形成された接着層４８と中間層４９Ａとの界面、中間層４９Ａと基板４５との界面における透過と反射の模式図を示す。
偏光板本体４７から射出された光束は、接着層４８に入射する。この接着層４８と偏光板本体４７の屈折率は略同じであるため接着層４８と、偏光板本体４７との間での反射は無視できる。接着層４８から射出され、中間層４９Ａに入射する光束のうち一部（矢印Ｂ１）は、接着層４８（屈折率１．４７）と中間層４９Ａとの界面で反射を起こす。反射率Ｒ（％）は以下の式（２）により求められる。中間層Ａの屈折率をｎ１に代入し、接着層４８の屈折率をｎ２に代入し、式（２）で求められた反射率をＲ１とする。
【００３８】
【数２】
さらに、光束が中間層４９Ａを透過し、基板４５に入射しようとすると、この光束の一部（矢印Ｂ２）が基板４５と中間層４９Ａとの界面で反射する。このときの反射率Ｒ２も上記式から求められる。
透過光（矢印Ａ）の透過率Ｔ１（％）は、１００（１−Ｒ１／１００）（１−Ｒ２／１００）で示され、９９．６％となる。
中間層４９Ａを形成しない場合、接着層４８と基板４５との界面での反射率Ｒ３は０．８％であり、透過率Ｔ０（％）（Ｔ０＝１００−Ｒ３）は９９．２％である。従って、中間層４９Ａを形成した場合には、中間層４９Ａを形成しない場合よりも透過率が０．４％増加し、またＴ１／Ｔ０は１００．４％となる。
【００４０】
第２の偏光板５１、視野角補償板５２、入射側偏光板４２Ｂにおいても第１の偏光板５０と同様の光束の透過及び反射が起こる。
入射側偏光板４２Ｂでは、位相差板本体４６と、基板４５との間で透過率が０．４％増加し、基板４５と偏光板本体４７との間で透過率が０．４％増加するため、入射側偏光板４２Ｂにおいて透過率が０．８％増加することとなる。また、視野角補償板５２、第２の偏光板５１では、第１の偏光板５０と同様に透過率はそれぞれ０．４％ずつ増加することとなる。
以上のことから、入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの青色光の透過率は、中間層４９Ａ，４９Ｂが形成されていないものを採用した場合に比べ２％増加することがわかる。
【００４１】
なお、ここでは、青色光について説明したが、赤色光、緑色光においても同様である。
図１に示したように赤色光は入射側偏光板４２Ｒ及び射出側偏光ユニット４３を透過する。ここでは図示しないが、入射側偏光板４２Ｒは、基板４５の光束射出側端面に位相差板本体４６及び偏光板本体４７が設けられた構造となっている。このような構造の入射側偏光板４２Ｒでは、中間層４９Ａは位相差板本体４６と基板４５との間に形成されている。従って、入射側偏光板４２Ｒの透過率は中間層４９Ａが設けられていない場合に比べ、０．４％増加することとなり、これに射出側偏光ユニット４３での透過率の増加分を合わせると１．６％増加することとなる。
また、緑色光の入射側偏光板４２Ｇには位相差板本体４６は設けられておらず、第１の偏光板５０と同様の構成となっている（図示略）。従って、入射側偏光板４２Ｇにおいては、透過率が０．４％増加し、これに射出側偏光ユニット４３での透過率の増加分を合わせると１．６％増加することとなる。
【００４２】
従って、第１実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１） 第１の偏光板５０において、基板４５と、偏光板本体４７との間に中間層４９Ａを配置したことにより、中間層４９Ａが配置されていない場合に比べ透過率が０．４％増加した。これにより、光源ランプ１２から射出された光を効率よく利用することが可能となり、より明るい映像を投射することができる。また、第１の偏光板５０と同様に、入射側偏光板４２Ｂは中間層４９Ａ，４９Ｂ、第２の偏光板５１、視野角補償板５２は、中間層４９Ａを有する構成としたので、青色光の透過率は全体で２．０％も増加し、反射による光のロスをより効果的に低減できる。なお、赤色光、緑色光においても全体で１．６％透過率が上昇するので同様の効果を奏することができる。
【００４３】
（２） 従来から、偏光板本体４７や、視野角補償板本体５３には、予め偏光板本体４７等と同等の屈折率を有する接着層４８が設けられていることが多い。基板４５上に中間層４９Ａ，４９Ｂを形成することで、予め設けられた接着層４８により基板４５と偏光板本体４７等とを接着することが可能である。従って、従来から使用されている偏光板本体４７等を利用することができ、製造コストの増加を防止できる。
【００４４】
（３） 基板４５をサファイアガラス製としたので、熱伝導率が向上でき、冷却効率を向上させることができる。また、サファイアガラスは、硬度も非常に高いので、入射側偏光板４２Ｂ等の強度を確保することができる
【００４５】
（４） 射出側偏光ユニット４３では、通常一枚しか配置されない偏光板を第１の偏光板５０と第２の偏光板５１の２つに分けている。これにより各偏光膜４７１に吸収される熱量を少なくすることができ、偏光膜４７１の劣化を防止できる。
（５） 中間層４９Ａ，４９Ｂを単層構造としたので、中間層４９Ａ，４９Ｂの形成に手間を要しない。
【００４６】
以下、本発明の第２実施形態を示す。前記実施形態では、中間層４９Ａ，４９Ｂは、単層構造であったが、図６に示すように、本実施形態の中間層４９Ｃは、二層構造となっている。
中間層４９Ａは屈折率が１．５６の第１層４９１と、屈折率が１．６６の第２層４９２とを有している。第１層４９１及び第２層４９２の層厚さはそれぞれλ／４である。屈折率の低い第１層４９１が偏光板本体４７側、屈折率が高い第２層４９２が基板４５側となっており、基板４５に向かって屈折率が高くなるように配置されている。
【００４７】
偏光板本体４７に入射した光束は接着層４８を透過し、中間層４９Ａの第１層４９１に入射する。この際、光束の一部（矢印Ｂ３）が第１層４９１と接着層４８との界面で反射する。この反射率をＲ４とする。さらに、光束が第２層４９２に入射すると、その光束の一部（矢印Ｂ４）が第１層４９１と、第２層４９２との界面で反射する。この反射率をＲ５とする。第２層４９２から基板４５に光束が入射する際にも、光束の一部（矢印Ｂ５）が第２層４９２と基板４５との界面で反射する。この反射率をＲ６とする。
【００４８】
このような場合の透過率Ｔ２（％）（Ｔ２＝１００（１−Ｒ４／１００）（１−Ｒ５／１００）（１−Ｒ６／１００））は９９．７％となり、中間層４９Ｃが設けられていない場合（透過率Ｔ０）に比べ０．５％透過率が増加し、Ｔ２／Ｔ０は１００．５％となる。
なお、ここでは、第１の偏光板５０についての光束の透過及び反射について述べたが、第２の偏光板５１、視野角補償板５２、入射側偏光板４２Ｂにおいても同様である。従って、入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの青色光の透過率は２．５％増加することとなる。また、緑色光及び赤色光においても同様であり、両色光の入射側偏光板４２Ｂから射出側偏光ユニット４３までの透過率は２．０％増加することとなる。
【００４９】
従って、第２実施形態によれば、前記実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を奏することができる他、以下の効果を奏することができる。
（６） 中間層４９Ｃを２層構造とすることで、接着層４８、第１層４９１、第２層４９２、基板４５間の屈折率の差を小さくすることができ、これにより反射率をより小さいものとすることができる。従って、光の利用率をより一層高めることができ、明るい映像を投射することができる。
【００５０】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形も含むものである。
例えば、前記実施形態では、中間層４９Ｃは２層構造としていたが、本発明では、３層構造、４層構造、それ以上の層構造としてもよい。
また、例えば中間層を３層構造とする場合には第１層、第２層、第３層の層厚さをそれぞれλ／４としてもよく、また、第１層、第２層、第３層の順にλ／２、λ／４、λ／２としてもよい。
さらに、第１実施形態では中間層４９Ａ，４９Ｂの層厚さをλ／４、第２実施形態では、第１層４９１及び第２層４９２の層厚さをそれぞれλ／４としたが、層厚さはこれには、限られない。
【００５１】
また、第１実施形態では、単層構造の中間層４９Ａ，４９Ｂの屈折率を、１．６１としたが、これに限らず、光学変換素子本体と基板４５との間の屈折率であればよい。例えば、図７に示すように中間層（単層構造）を様々な屈折率とすることができる。中間層を単層構造とする場合には、１．６２程度の屈折率のものを使用することが最も好ましいことがわかる。なお、図７中、黒丸でプロットしたものは中間層を設けた場合の透過率であり、黒四角でプロットしたものは中間層を設けた場合の透過率を、中間層を設けていない場合の透過率で割った値である。
【００５２】
さらに、前記実施形態では基板４５をサファイアガラス製としたが、これには限られず、例えば、白板ガラス製等であってもよい。さらには、このようなガラス基板ではなく、例えば、水晶製の基板であってもよい。
【００５３】
前記実施形態では、中間層４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃは、接着層４８とは別の層であったが、このような構成に限らず、接着層自身を光学変換素子本体と基板４５との間の屈折率を有するものとし、これを中間層としてもよい。中間層４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃと接着層４８とを別層とした場合には層の数が増えることとなり、製造に手間を要するが、接着層を中間層とすれば、層の数が増えることがないので製造に手間がかからない。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、射出側偏光ユニット４３は、第１の偏光板５０と、第２の偏光板５１と、視野角補償板５２とを有しているとしたが、このような構成に限らず、例えば、第１の偏光板を偏光板本体と視野角補償板本体とを有するものとしてもよい。このようにすれば、第１の偏光板が液晶パネルで生じた複屈折を補償するという機能を有することとなるので、視野角補償板５２が不要となり、部材点数の削減を図ることが可能となる。
さらに、前記実施形態では、射出側偏光ユニット４３は、第１偏光板５０と第２偏光板５１とを有しているとしたが、このような構成に限らず、偏光板は一枚であってもよい。偏光板を一枚とすれば、部材点数を削減できる。また、このように偏光板を一枚とする場合においても、この偏光板を偏光板本体と視野角補償板本体とを有するものとし、射出側偏光ユニットは視野角補償板５２を備えないものとしてもよい。
また、射出側偏光ユニットは、第１偏光板５０と第２偏光板５１のみを有し、視野角補償板５２を有しないものとしてもよい。視野角補償板５２を有しないものとすれば、その分、コストを低減させることができる。
【００５５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の光学系を示す模式図。
【図２】前記模式図の要部を示す図。
【図３】入射側偏光板を示す断面図。
【図４】射出側偏光ユニットの第１の偏光板の断面図。
【図５】第１の偏光板における光束の反射と透過を示す模式図。
【図６】本発明の第２実施形態の光束の反射と透過を示す模式図。
【図７】中間層の屈折率と透過率との関係を示した図。
【符号の説明】
１…プロジェクタ、４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂ…入射側偏光板（光学変換素子）、４５…基板、４６…位相差板本体（光学素子本体）、４７…偏光板本体（光学素子本体）、４８…接着層、４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃ…中間層、５０…第１の偏光板（光学変換素子）、５１…第２の偏光板（光学変換素子）、５２…視野角補償板（光学変換素子）、５３…視野角補償板本体（光学変換素子本体）、４６１…位相差膜（光学変換膜）、４７１…偏光膜（光学変換膜）。
Claims (8)
- 入射された光束の光学特性を変換して射出する光学機能膜を有する光学変換素子本体と、前記光学変換素子本体が接着される基板とを備え、前記光学変換素子本体と、前記基板との間には、屈折率が前記光学変換素子本体と、前記基板との間の値となる中間層が配置されていることを特徴とする光学変換素子。
- 請求項１に記載の光学変換素子において、
前記中間層は前記基板上に形成されていることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項１に記載の光学変換素子において、
前記中間層は、前記光学変換素子本体と、前記基板とを接着する接着層であることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項１〜３の何れかに記載の光学変換素子において、
前記基板はガラス基板であることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項４に記載の光学変換素子において、
前記ガラス基板はサファイアガラス製であり、前記中間層の屈折率は１．４７〜１．７６であることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項５に記載の光学変換素子において、
前記中間層は前記基板上に形成されており、
この中間層は、Ｓｉ２Ｏ３、ＤｙＦ３、ＬａＦ３、ＮｄＦ３、ＣｅＦ３、Ａｌ２Ｏ３
のうちの少なくとも何れか一つから構成されていることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項１〜６の何れかに記載の光学変換素子において、
前記光学機能膜は、ポリビニルアルコールを主成分とする偏光フィルムであることを特徴とする光学変換素子。 - 請求項１〜７の何れかに記載の光学変換素子を備えて構成されることを特徴とするプロジェクタ。
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