JP2008077056A

JP2008077056A - 光学装置を備えるプロジェクタ

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Publication number: JP2008077056A
Application number: JP2007162296A
Authority: JP
Inventors: Takashi Endo; 隆史遠藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: US20080049191A1; CN101131508A; JP4301327B2; CN101131508B

Abstract

【課題】高い信頼性と十分な強度を有し、かつ、複屈折を比較的自由に形成することがで
きる位相差板等を含む光学装置を備えるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】光学補償板８５は、第１の平板８６が有する負の一軸性のうち、第２の平板
８７が有する正の一軸性によって相殺された残りとしての負の一軸性により、全体として
負の一軸性の複屈折材料として機能する。つまり、光学補償板８５は、擬似的な屈折率と
して、負の一軸性の複屈折を有するものとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成等の各種用途に用いられる光学装置を組み込んだプロジェクタに関
する。

従来のプロジェクタとして、液晶パネルの前後に一組の偏光板を配置した液晶ライトバ
ルブによって、透過光を制御し像光を形成するものがある。そして、このようなプロジェ
クタにおいて、例えば液晶パネルと入射偏光板との間に補償用の位相差フィルムを配置す
ることにより、液晶に残存するプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相ずれを補
償し、コントラストを高めるものが存在する（特許文献１参照）。
特開２００１−３４３６２３号公報

しかし、上記のような位相差フィルムは、通常有機物質で形成されるため、耐久性、精
度等に関して信頼性が低いという問題がある。ここで、位相差フィルムを無機物質の位相
差板に置き換えることも考えられるが、この場合、材料の複屈折率が物性として固定され
ており、研磨やエッチング等によって極めて薄い位相差板を形成しなければならなくなる
可能性がある。ところが、研磨によって薄い位相差板を形成することは一般に容易でなく
、エッチング等によって薄い位相差板を形成することができたとしても、位相差板の強度
が不十分となってその後の貼り付け工程で位相差板にひび割れ等が多発する傾向があった
。

そこで、本発明は、高い信頼性と十分な強度を有し、かつ、複屈折を比較的自由に形成
することができる位相差板等を含む光学装置を備えるプロジェクタを提供することを目的
とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは像形成等のための光学装置を備
える。当該光学装置は、（ａ）互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに光学
軸を有する負の一軸性の屈折材料で形成されている第１の平板と、（ｂ）第１の平板の入
射平面にそれぞれ平行な入射平面及び射出平面を有するとともに第１の平板の光学軸に略
平行な光学軸を有する正の一軸性の屈折材料で形成されている第２の平板とを含む。本プ
ロジェクタの光学装置において、第１の平板の厚さと第２の平板の厚さとの調整により、
第１及び第２の平板を一組として所定の位相差を与える。ここで、第１の平板の光学軸と
第２の平板の光学軸とが略平行であるとは、両平板の光学軸が厳密に平行である場合のほ
か、これに近い状態を含むことを意味し、例えば両平板の屈折率差を考慮して、第１の平
板をその光学軸に沿って通過する光が第２の平板をその光学軸に略沿って通過する状態を
含むものとする。

上記プロジェクタの光学装置では、第１の平板の厚さと第２の平板の厚さとの調整によ
り、第１及び第２の平板を一組として所定の位相差を与えるので、第１の平板に起因する
負の一軸性と、第２の平板に起因する正の一軸性とを相殺した残りの一軸性複屈折を見か
け上の擬似的複屈折とすることができる。つまり、第１及び第２の平板をそれぞれ薄くす
ることなく、両平板を一組として比較的小さい相対差に対応する擬似的複屈折を実現する
ことができる。これにより、目的とする比較的小さな所定の位相差を簡易・正確に与える
ことができ、例えば液晶パネル等の他の部分の位相ずれを補償できる一組の平板を光学的
補償手段として備える光学装置を提供することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、前記第１の平板を透過するときに前記第１の平板の
光学軸と平行な光線が、前記第２の平板を透過するときに前記第２の平板の光学軸と平行
な光線となるように、前記第１の平板の光学軸と前記第２の平板の光学軸とが配置される
。この場合、目的とする比較的小さな所定の位相差を与えるとともに、扱い性を向上させ
るために一方の平板の厚みを増やしたことによって与えられる位相差を他方の平板によっ
て打ち消すことが可能となる。

本発明のさらに別の態様によれば、第１及び第２の平板のうち少なくとも一方が、加熱
される光学素子に接して配置される。この場合、加熱される光学素子を第１の平板と第２
の平板とのいずれかによって冷却することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、加熱される光学素子が所定方向の直線偏光を透過さ
せる偏光膜を含む。この場合、加熱される偏光膜を第１の平板と第２の平板とのいずれか
によって冷却することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、第１及び第２の平板がそれぞれ無機材料で形成され
ている。この場合、両平板を一組とする装置の耐久性、精度等に関する信頼性を高めるこ
とができる。

本発明のさらに別の態様によれば、第１の平板がサファイアで形成され、第２の平板が
水晶で形成される。この場合、加熱される光学素子をガラスや石英よりも通常高い熱伝導
度を有するサファイアや水晶によって効率的に冷却することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記プロジェクタにおいて、第１及び
第２の平板の位置関係は、当該第１及び第２の平板を直接接させること、当該第１及び第
２の平板の間に等方性媒体を介在させること、又は、当該第１及び第２の平板の間に両者
の光学軸に一致する光学軸を有する異方性媒体を介在させることのいずれかである。

本発明の別の態様によれば、第１及び第２の平板が接着剤を介して互いに接合される。
この場合、第１及び第２の平板を接合した光学素子は、１つの位相差板として機能し、プ
ロジェクタに組み込む作業も簡便なものとなる。

本発明のさらに別の態様によれば、光学装置が、液晶を保持する液晶セルと、当該液晶
セルに近接して配置される少なくとも１つの偏光部材とを含む光変調装置であり、第１及
び第２の平板が、液晶セルと少なくとも１つの偏光部材との間に配置される。この場合、
液晶セルと少なくとも１つの偏光部材とによって、液晶ライトバルブとして機能する光変
調用の光学装置を提供することができる。なお、光変調装置すなわち液晶ライトバルブに
おいては、これに設けた第１及び第２の平板を一組とした擬似的複屈折により、両平板を
プレチルト等の復屈折に対する光学補償板として機能させることができる。以上において
、偏光部材とは、偏光素子や偏光ビームスプリッタを意味する。

本発明の別の態様によれば、液晶パネルは、第１の平板と第２の平板との間に配置され
、液晶パネルの複屈折の影響が、前記第１の平板と前記第２の平板とによって補償される
。この場合、第１基板と第２基板の間にこれらによる補償対象である液晶セルが配置され
ており、第１基板と第２基板とにより形成された擬似的な薄膜の複屈折性によって正確に
液晶セルの複屈折を補償することができ、例えば第１基板入射前の光と第２基板を通過し
た光とを同じ偏光状態とすることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、光変調装置を照明する照明装置と、光変調装置によ
って形成された画像を投射する投射レンズとをさらに備える。この場合、照明装置に照明
された光変調装置によって形成された像光を、投射レンズによって画像としてスクリーン
上に投射することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）
の構造を説明する拡大断面図である。

図示の液晶ライトバルブ３１において、入射側の第１偏光板である第１偏光フィルタ３
１ｂと、射出側の第２偏光板である第２偏光フィルタ３１ｃとは、クロスニコルを構成す
る。これら第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃの間に挟まれた液晶装置３１ａは、
入射光の偏光方向を、入力信号に応じて画素単位で変化させる透過型の液晶パネルである
。

液晶装置３１ａは、例えば垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶
）で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に透明な第１基板７２ａと、射出側に透明な
第２基板７２ｂとを備える。さらに、液晶装置３１ａは、入射側の第１基板７２ａの外側
に入射側カバー７４ａを備え、射出側の第２基板７２ｂの外側に射出側カバー７４ｂを備
える。

第１基板７２ａの液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、そ
の上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７２ｂの液晶層７１側の
面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に
電気的に接続されている薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、
例えば配向膜７８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２ａ，７２ｂと、これ
らに挟まれた液晶層７１と、電極７５，７７とは、入射光の偏光状態を変化させるための
液晶セルとなっている。また、液晶セルを構成する各画素は、１つの画素電極７７と、共
通電極７５と、これらの間に挟まれた液晶層７１とを含む。なお、第１基板７２ａと共通
電極７５との間には、各画素を区分するように格子状のブラックマトリックス７９が設け
られている。

ここで、配向膜７６，７８は、液晶層７１を構成する液晶性化合物を必要な方向に配列
させるためのものであり、液晶層７１に電圧が印加されないオフ状態において、液晶性化
合物の光学軸を第１基板７２ａの法線に対して大きくないが一様な傾きとなるように配向
させる役割を有し、液晶層７１に電圧が印加されたオン状態において、液晶性化合物の光
学軸が第１基板７２ａの法線に対して垂直な特定の方向（具体的にはＸ方向）に配向する
ことを許容する。これにより、液晶層７１に対して電圧を印加しないオフ状態において、
最大遮光状態（最低輝度状態）を確保することができ、液晶層７１に対して電圧を印可し
たオン状態において、最大透過状態（最高輝度状態）を確保することができる。

図２は、図１に示す液晶装置３１ａの入射側に配置される第１偏光フィルタ３１ｂの構
造を説明する断面構造図である。第１偏光フィルタ３１ｂは、偏光膜８１と、外側支持層
８３と、光学補償板８５とを備える三層構造の偏光板すなわち偏光素子であり、入射光の
光軸に沿ったＺ方向に垂直なＸＹ面に平行な状態で配置されている。ここで、内側の光学
補償板８５は、第１の平板８６と第２の平板８７とを含む二層構造になっており、両平板
８６，８７は、後に詳述するように互いに異種の複屈折材料で形成されている。なお、外
側支持層８３の入射平面８３ａ及び射出平面８３ｂと、光学補償板８５の入射平面８５ａ
及び射出平面８５ｂとは、互いにすべて平行になっている。また、光学補償板８５を構成
する第１の平板８６の入射平面８６ａ及び射出平面８６ｂ、並びに第２の平板８７の入射
平面８７ａ及び射出平面８７ｂは、互いにすべて平行で、第１の平板８６の入射平面８６
ａと第２の平板８７の射出平面８７ｂとは、光学補償板８５自体の入射出面８５ａ，８５
ｂに一致している。

以上の第１偏光フィルタ３１ｂにおいて、偏光部材としての偏光膜８１は、有機材料で
形成された外側支持層８３と無機材料で形成された光学補償板８５との間にサンドイッチ
された状態で保持されている。つまり、光学補償板８５は、電圧の無印加時の液晶層７１
に残存する位相ずれを補償するだけでなく、偏光膜８１を支持する内側支持層としても作
用している。偏光膜８１は、一定方向に振動する直線偏光のみを通過させるためのもので
、例えばＰＶＡ（ポリビニールアルコール）膜に染料を吸着させて特定方向に延伸させる
ことによって形成される。また、外側支持層８３は、例えば薄いＴＡＣ（トリアセチルセ
ルロース）板で形成されている。さらに、光学補償板８５において、第１の平板８６は、
負の一軸性の屈折材料（例えばサファイア）で形成されており、第２の平板８７は、正の
一軸性の屈折材料（例えば水晶）で形成されている。結果的に、光学補償板８５は、第１
の平板８６が有する負の一軸性のうち、第２の平板８７が有する正の一軸性によって相殺
された残りとしての負の一軸性により、全体として負の一軸性の複屈折材料として機能す
る。つまり、光学補償板８５は、擬似的な屈折率として、負の一軸性の複屈折を有するも
のとなっている。

なお、光学補償板８５は、偏光膜８１に接しているので、例えばサファイアや水晶とい
った比較的熱伝率の高い結晶性の無機材料で形成され比較的厚みがあるものとされた場合
、入射光の吸収によって発熱しやすい偏光膜８１を効率的に冷却することができる一種の
冷却板若しくは放熱板として機能させることができる。

図３は、図１に示す液晶装置３１ａの射出側に配置される第２偏光フィルタ３１ｃの構
造を説明する断面構造図である。第２偏光フィルタ３１ｃは、偏光膜８１と、外側支持層
８３と、合成支持板１８５とを備える三層構造の偏光板すなわち偏光素子であり、変調光
の光軸に沿ったＺ方向に垂直なＸＹ面に平行な状態で配置されている。ここで、合成支持
板１８５は、第１の平板８８と第２の平板８９とを含む二層構造になっており、両平板８
８，８９は、互いに異種の複屈折材料で形成されている。なお、第１偏光フィルタ３１ｂ
の場合と同様、外側支持層８３の入射平面８３ａ及び射出平面８３ｂと、合成支持板１８
５の入射平面１８５ａ及び射出平面１８５ｂとは、互いにすべて平行になっている。また
、合成支持板１８５を構成する第１の平板８８の入射平面８８ａ及び射出平面８８ｂ、並
びに第２の平板８９の入射平面８９ａ及び射出平面８９ｂは、互いにすべて平行で、第１
の平板８８の入射平面８８ａと第２の平板８９の射出平面８９ｂとは、合成支持板１８５
自体の入射出面１８５ａ，１８５ｂに一致している。

以上の第２偏光フィルタ３１ｃにおいて、偏光膜８１や外側支持層８３は、図２に示す
第１偏光フィルタ３１ｂを構成する偏光膜８１や外側支持層８３と同様のものである。ま
た、内側に配置された合成支持板１８５において、第１の平板８８は、負の一軸性の屈折
材料（例えばサファイア）で形成されており、第２の平板８９は、正の一軸性の屈折材料
（例えば水晶）で形成されている。結果的に、合成支持板１８５は、第１の平板８８が有
する負の一軸性と、第２の平板８９が有する正の一軸性とを相殺したものであり、全体と
して擬似的な等方的屈折材料として機能する。つまり、合成支持板１８５は、あたかもガ
ラスのような等方的媒質として変調光を透過させ、通過する光束の偏光状態に殆ど影響を
与えないものになっている。

なお、合成支持板１８５は、偏光膜８１に接しているので、例えばサファイアや水晶と
いった比較的熱伝率の高い結晶性の無機材料で形成され比較的厚みがあるものとされた場
合、変調光の吸収によって発熱しやすい偏光膜８１を効率的に冷却することができる一種
の冷却板若しくは放熱板として機能させることができる。

図４（ａ）は、図２に示す第１偏光フィルタ３１ｂに組み込まれた光学補償板８５の屈
折率を説明する側面図であり、図４（ｂ）は、光学補償板８５の等価的な機能を説明する
図である。光学補償板８５のうち第１の平板８６を形成する負の一軸性屈折材料の屈折率
楕円体ＲＩＥ２１の短軸すなわち光学軸ＯＡ２１は、入射平面８５ａ及び射出平面８５ｂ
に対して略垂直であるが微小角だけ傾斜して配置されている。また、第２の平板８７を形
成する正の一軸性屈折材料の屈折率楕円体ＲＩＥ２２の長軸すなわち光学軸ＯＡ２２も、
入射平面８５ａ及び射出平面８５ｂに対して略垂直であるが微小角だけ傾斜して配置され
ており、屈折率楕円体ＲＩＥ２１の光学軸ＯＡ２１に平行になっている。結果的に、両平
板８６，８７の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２、すなわち光学補償板８５としての光学軸は、
入射平面８５ａの法線に対して微小角だけ傾斜した状態となっている。これにより、入射
平面８５ａに入射する照明光束の主光線（図示の例では入射平面８５ａの法線に沿ったＺ
方向に延びる）に対する光学補償板８５の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２の傾斜角度に応じて
、照明光束に与えられる位相差が変化する。すなわち、照明光束の主光線（この場合Ｚ方
向に延びる）に対して光学補償板８５の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２が平行に近づくにつれ
与えられる位相差は小さくなり、これらが垂直に近づくにつれ与えられる位相差が大きく
なる。照明光束の主光線に対する光学補償板８５の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２の傾斜角度
は、光学補償板８５の使用目的によって適宜設定する。

ここで、光学補償板８５は、図４（ｂ）に示すように、第１の部分Ｐ２１と第２の部分
Ｐ２２とに分けて考えることができ、一方の第１の部分Ｐ２１は、屈折率楕円体ＲＩＥ２
１と屈折率楕円体ＲＩＥ２２とを適当な比率で互いに相殺するように合成したものと考え
ることができ、屈折率球ＲＩＳと等価な等方的な媒体として、入射光に対して位相差を与
えない。他方の第２の部分Ｐ２２は、第１の平板８６が部分的に位相差付与の効果を失わ
ないで残った極めて薄い層と考えることができ、この極めて薄い層の屈折率楕円体ＲＩＥ
２１により、入射光に対して位相差を与えることができる。つまり、第１の平板８６の厚
さと第２の平板８７の厚さとをバランスさせた等方的な状態から適宜ずらしたアンバラン
スな状態とすることにより、全体として光学軸ＯＡ２１に平行な光学軸を有する負の一軸
性の複屈折材料として機能し位相付与量すなわち補償量の少ない光学補償板８５を得るこ
とができる。

なお、以上の説明では、第１の平板８６と第２の平板８７とが略同一の屈折率を有する
ものとして説明したが、両平板８６，８７の屈折率差が大きい場合、両平板８６，８７の
境界で屈折を考慮して両平板８６，８７の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２の傾斜角や両平板８
６，８７の厚みを調整する。これにより、第１の平板８６を光学軸ＯＡ２１に対して平行
に通過する光が、第２の平板８７を光学軸ＯＡ２２に対して平行に通過するようにでき、
透過光に対して所望の位相差を付与することができる。

図５（ａ）は、図３に示す第２偏光フィルタ３１ｃに組み込まれた合成支持板１８５の
屈折率を説明する側面図であり、図５（ｂ）は、合成支持板１８５の等価的な機能を説明
する図である。合成支持板１８５のうち第１の平板８８を形成する負の一軸性屈折材料の
屈折率楕円体ＲＩＥ２１の短軸すなわち光学軸ＯＡ２１は、入射平面１８５ａ及び射出平
面１８５ｂに対して垂直に配置されている。また、第２の平板８９を形成する正の一軸性
屈折材料の屈折率楕円体ＲＩＥ２２の長軸すなわち光学軸ＯＡ２２も、入射平面１８５ａ
及び射出平面１８５ｂに対して垂直に配置されており、屈折率楕円体ＲＩＥ２１の光学軸
ＯＡ２１と平行になっている。結果的に、合成支持板１８５は、屈折率楕円体ＲＩＥ２１
と屈折率楕円体ＲＩＥ２２とを適当な比率で互いに相殺するように合成した光学部材Ｐ２
１’と考えることができ、屈折率球ＲＩＳと等価な等方的な媒体として、入射光に対して
位相差を与えない。つまり、第１の平板８８の厚さと第２の平板８９の厚さとをバランス
させた状態とすることにより、全体として等方的な屈折材料として機能し位相を殆ど発生
させない合成支持板１８５を得ることができる。

図６は、液晶層７１の屈折率と光学補償板８５の擬似的屈折率との関係を説明する側方
断面の概念図である。ここで、液晶層７１の入射面７１ａ及び射出面７１ｂは互いに平行
になっており、光学補償板８５の入射平面８５ａ及び射出平面８５ｂは、液晶層７１の入
射面７１ａに対してともに平行に配置されている。すなわち、液晶層７１の入射面７１ａ
に対して垂直入射する光束の光路ＶＰは、光学補償板８５の入射平面８５ａに対しても垂
直に入射し、射出平面８５ｂから同様に垂直に射出される。

液晶層７１において、電界が印可されていないオフ状態の液晶性化合物の屈折率楕円体
ＲＩＥ１の長軸すなわち光学軸ＯＡ１は、ＸＺ面内でＺ軸に対して小さいが一定の傾き角
を有している。この際、屈折率楕円体ＲＩＥ１の傾き方向はＸ方向であり、このＸ方向を
液晶層７１の配向方向と呼ぶものとする。また、屈折率楕円体ＲＩＥ１の配向方向におけ
る傾き角は、プレチルト角θ１と呼ばれる。一方、光学補償板８５において、これの擬似
的屈折率に相当する屈折率楕円体ＲＩＥ２は、図４に示す負の一軸性結晶の屈折率楕円体
ＲＩＥ２１に相当するものになっており、その短軸すなわち光学軸ＯＡ２は、ＸＺ面内に
あってＺ軸に対して小さいが一定の傾き角を有している。より詳細に説明すると、屈折率
楕円体ＲＩＥ２の傾き方向すなわち方位角は、液晶層７１の配向方向と同じＸ方向となっ
ており、屈折率楕円体ＲＩＥ２が傾く方位角における傾き角θ２は、入射面７１ａへの垂
直入射光の光路ＶＰを基準として、液晶層７１に付与されているプレチルト角θ１と等し
くなっている。つまり、光学補償板８５内の光学軸ＯＡ２（＝ＯＡ２１）を調節すること
により、ある入射角度で液晶装置３１ａに入射する光線について考えた場合に、光学補償
板８５内を透過する際と液晶層７１内を透過する際とにおいて、液晶層７１を光学軸ＯＡ
１に対して平行に通過する光が、光学補償板８５を光学軸ＯＡ２に対して平行に通過する
ようにしている。

図７（ａ）は、液晶層７１の屈折率を説明するための側面図であり、図７（ｂ）は、液
晶層７１の屈折率を説明する平面図である。また、図８（ａ）は、光学補償板８５の擬似
的屈折率を説明する側面図であり、図８（ｂ）は、光学補償板８５の擬似的屈折率を説明
する平面図である。

まず、液晶層７１について考えると、液晶性化合物の屈折率楕円体は、正の一軸性材料
に相当するものとなっており、屈折率を基準とする各軸方向の屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚ
とすると、一般にｎｘ＝ｎｙ＜ｎｚの関係が成り立ち、屈折率ｎｚの長軸に対応する光学
軸ＯＡ１は、液晶層７１の入射面７１ａに法線方向から入射する光線（垂直入射光）の光
路ＶＰに対して、プレチルト角θ１だけ傾いた状態となっている。ここで、図７（ａ）に
示すように正常屈折率がｎ_ｏで異常屈折率がｎ_ｅ、つまりｎｘ＝ｎｙ＝ｎ_ｏ、ｎｚ＝ｎ_ｅ
であり、図７（ｂ）に示すように垂直入射光の遅相軸方向に振動する光に関する屈折率が
ｎ_２で進相軸方向に振動する光に関する屈折率がｎ_１であるとすると、

となっている。よって、垂直入射光に対する液晶層７１のリタデーションＲｅ１は、液晶
層７１の実効厚みをｄ１として、

となる。同様に、光学補償板８５について考えると、この光学補償板８５は、擬似的に屈
折率楕円対ＲＩＥ２に相当する負の一軸性結材料からなり、その屈折率に関する軸方向の
屈折率をｎｘ，ｎｙ，ｎｚとすると、一般にｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚの関係が成り立ち、屈折率
ｎｚの短軸に対応する光学軸ＯＡ２は、液晶層７１の入射面７１ａに法線方向から入射す
る垂直入射光の光路ＶＰに対して、傾き角θ２＝θ１だけ傾いた状態となっている。ここ
で、図８（ａ）に示すように正常屈折率がＮ_ｏで異常屈折率がＮ_ｅであり、図８（ｂ）に
示すように垂直入射光の進相軸方向に振動する光に関する屈折率がｎ_４で遅相軸方向に振
動する光に関する屈折率がｎ_３であるとすると、

となっている。よって、垂直入射光に対する光学補償板８５のリタデーションＲｅ２は、
光学補償板８５の実効厚みをｄ２として、

となる。ここで、液晶層７１の屈折率ｎｚの長軸と光学補償板８５の屈折率ｎｚの短軸と
は平行に配置されており、それぞれの遅相軸及び進相軸は互いに入れ替わっている。した
がって、垂直入射光に対するトータルのリタデーションＲＥは、式（３）で与えられるＲ
ｅ１と、式（６）で与えられるＲｅ２との差の絶対値で与えられる。つまり、Ｒｅ１＝Ｒ
ｅ２のとき、第２偏光フィルタ３１ａから射出された偏光と第１偏光フィルタ３１ｂに入
射する偏光は同一状態となり、垂直入射光に対する第２偏光フィルタ３１ｃでの遮光が完
全となり、液晶ライトバルブ３１の透過及び遮光によって決定される画像のコントラスト
は最大となる。

以下では、液晶ライトバルブ３１への入射光が角度分布を有する場合について考察する
。まず、空気中から液晶ライトバルブ３１に斜めに入射するある光束について考え、空気
中での垂直入射光の光路ＶＰに対する傾斜光（斜め入射光）の傾き角をη０とし、光学補
償板８５中での垂直入射光の光路ＶＰに対する傾斜光の傾き角をη１とし、液晶層７１中
での垂直入射光の光路ＶＰに対する傾斜光の傾き角をη２とする。この場合、光学補償板
８５（特に第１の平板８６）において、Ｎ_ｏとＮ_ｅとの差が小さいことからＮ_ｏ≒Ｎ_ｅと
なるので、空気中から光学補償板８５に傾き角η０で入射した光束については、入射光束
の傾斜方向も考慮した場合、以下の条件を満たすような光路をたどる。
ｓｉｎ（η０）：ｓｉｎ（η１）＝１：１／Ｎ_ｏ
ｓｉｎ（η１）＝ｓｉｎ（η０）／Ｎ_ｏ … （７）
さらに、液晶層７１において、ｎ_ｏ≒ｎ_ｅとなるので、光学補償板８５を経て液晶層７１
に傾き角η０で入射した光束については、以下のようになる。
ｓｉｎ（η０）：ｓｉｎ（η２）＝１：１／ｎ_ｏ
ｓｉｎ（η２）＝ｓｉｎ（η０）／ｎ_ｏ … （８）

以上では、垂直入射光の光路ＶＰに対して傾き角η０で入射する光束について考えたが
、液晶層７１や光学補償板８５を通過する際の屈折率的効果は、入射光束の傾斜方向が問
題となる。ここでは、入射光束の傾斜方向も考慮して、入射光束の傾き角η０を極角とし
、入射光束の方位角をφであるとする。この場合、液晶ライトバルブ３１を通過する光束
が光学補償板８５中において光学軸ＯＡ１となす角ｗ１と、液晶層７１中の光学軸ＯＡ２
となす角ｗ２とは、上記変数η０，φとこれらに基づいて得られるη１，η２とから幾何
学的に求めることができる。このような傾斜光が光学補償板８５と液晶層７１とを通過す
る際のリタデーションＲｅ’は、次式

で与えられる。上式でｄ２／ｃｏｓη２は、傾斜した入射光の光学補償板８５における実
効的厚さであり、ｄ１／ｃｏｓη１は、傾斜した入射光の液晶層７１における実効的厚さ
である。

結果的に、液晶ライトバルブ３１と光学補償板８５を通過する際のリタデーションＲｅ
’は、屈折率ｎ_ｏ，ｎ_ｅ，Ｎ_ｏ，Ｎ_ｅ，ｄ１，ｄ２，βが定数であり、値η１，η２，ｗ
１，ｗ２が上記変数η０，φによって決定されるパラメータであるので、以下のような関
数ｆ
Ｒｅ’＝ｆ（η０，φ） … （１０）
と考えて処理することができる。よって、上記式（１０）に基づいて、全ての入射光線に
関してリタデーションＲｅ’を求めてこれらの総和が最小値になるように、光学補償板８
５の実効厚みｄ２を最適化することもでき、この場合、液晶ライトバルブ３１の透過及び
遮光によって決定される画像のコントラストは最大となる。例えばある一定のＮＡで液晶
ライトバルブ３１に垂直入射する光束の場合、開口角に対応するη０が０〜ηｍａｘとな
り、方位角φが０〜３６０°となるので、以下の積分値

がゼロに近づくように光学補償板８５を設定する。ここで、Ｗ（η０，φ）は、入射光の
角度分布によって与えられる重み関数である。図９（ａ）は、通過光のリタデーションＲ
ｅ’＝ｆ（η０，φ）と傾き角η０との関係をφが傾斜方向から９０°ずれている場合に
視覚的に説明したものであり、傾き角η０が０となる正面方向の光に対してリタデーショ
ンＲｅ’が最も小さくなっているが、傾き角η０が増加するに従ってリタデーションＲｅ
’が徐々に増加する。また、図９（ｂ）は、入射光の重み関数Ｗ（η０，φ）と傾き角η
０との関係を視覚的に説明したものであり、傾き角η０が０となる正面方向の光の密度が
最も高くなっており、これに伴って重み関数が最大値となっている。以上は例示であり、
リタデーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の特性は、液晶層７１と光学補償板８５の光学特
性によって定まり、Ｗ（η０，φ）は、光源の放射特性、均一化光学系の光学特性、液晶
のマイクロレンズの特性等によって定まる。つまり、光学補償板８５の屈折率楕円体ＲＩ
Ｅ２や実効厚みｄ２を調節することで、様々なＷ（η０，φ）の照明装置に対してリタデ
ーションＲｅ’＝ｆ（η０，φ）の積分値を極小化することができ、液晶ライトバルブ３
１によって形成される画像のコントラストを極めて高くすることができる。

以上の式（１１）によって表される積分値（合計リタデーション）は、高速演算を行う
シミュレーションによって迅速に求めることができ、液晶層７１の特性や光学補償板８５
の屈折率特性を入力することで、光学補償板８５の実効厚みｄ２や傾き角θ２を迅速に決
定することができる。

なお、以上の説明では、偏光フィルタ３１ｂを構成する光学補償板８５の屈折率楕円体
ＲＩＥ２が固定的であるものとして説明したが、光学補償板８５が第１及び第２の平板８
６，８７から構成されることを考えると、両平板８６，８７内における入射光束の傾斜方
向や角度分布を考慮することが望ましい。つまり、入射光束の傾き角η０を考慮して、光
学補償板８５を構成する個々の平板８６，８７中における光路からリタデーションＲｅ２
を決定し、さらには液晶層７１を含め光源の重み関数Ｗ（η０，φ）を参酌して総合的な
リタデーションＲｅ’を決定することが望ましい。これにより、液晶ライトバルブ３１の
コントラストをさらに高めることができる。

また、偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃにおいて、偏光膜８１は、樹脂等で形成される吸収
型の偏光子であるものとしたが、ワイヤグリッド偏光子等の反射型の偏光子とすることも
できる。

以下、具体的な実施例について説明する。上記のような光学補償板８５を組み込んだ垂
直配向型の各種液晶層７１に残存する位相ずれを補償するための光学補償板８５として、
サファイア製の第１の平板８６と水晶製の第２の平板８７とを貼り合わせたものを得た。
第１の平板８６は、加工性を考慮して例えば１００〜１０００μｍ程度の範囲とし、第２
の平板８７も、加工性を考慮して例えば１００〜１０００μｍ程度の範囲とした。

また、あるタイプの垂直配向型の液晶層７１を備え上記のような光学補償板８５を組み
込んだ液晶ライトバルブ３１に関してシミュレーションを行った。この際、液晶層７１の
プレチルトは４°とし、そのセルギャップを２．５μｍとした。光学補償板８５を構成す
るサファイア製の第１の平板８６の厚みｄ２１と水晶製の第２の平板８７の厚みｄ２２と
は、例えばｄ２１：ｄ２２＝１：１．４５の関係を満たすように変化させた。結果的に、
光学補償板８５の実効厚みｄ２＝５０μｍが最適値になり、上記式（１１）で与えられる
積分値を最小値とできた。

図１０は、具体的な液晶ライトバルブ３１に対応するデータでシミュレーションを行っ
た結果を示す。図１０（ａ）は、７００μｍのサファイア板と４４５μｍの水晶板とを接
合した光学補償板８５を組み込んだ実施例の液晶ライトバルブ３１の視野角特性を示し、
図１０（ｂ）は、光学補償板８５を設けない比較例の液晶ライトバルブの視野角特性を示
し、図１０（ｃ）は、５０μｍの単独のサファイア板からなる光学補償板８５を組み込ん
だ比較例の液晶ライトバルブの視野角特性を示す。図１０（ａ）と、図１０（ｃ）とを比
較すれば分かるように、サファイア板及び水晶板の接合によって、単独のサファイア板と
同等程度の視野角特性が得られることが分かる。これは、７００μｍのサファイア板のう
ち６５０μｍ分が４４５μｍの水晶板によって打ち消された結果として、５０μｍのサフ
ァイア板があたかも単独で存在するかのような位相効果が達成され、液晶ライトバルブ３
１において、光学補償板８５により５０μｍのサファイア板と同程度の補償効果が達成さ
れていることを意味する。

図１１は、光学補償板８５を構成する第１の平板８６の厚さと第２の平板８７の厚さと
を変化させた場合の位相差を調べたグラフである。グラフ中、「□」印は、１４７μｍ厚
を有するサファイア製の第１の平板８６と、１１０μｍ厚を有する水晶製の第２の平板８
７とを貼り合わせた場合における、光学補償板８５の位相差の入射角依存性を示す。また
、「△」印は、２９４μｍ厚を有するサファイア製の第１の平板８６と、２１０μｍ厚を
有する水晶製の第２の平板８７とを貼り合わせた場合における、光学補償板８５の位相差
の入射角依存性を示す。「◇」印は、比較例であり、１０μｍ厚の水晶を単独で用いた光
学補償板８５の位相差の入射角依存性を示す。グラフから明らかなように、入射角が１０
°以下の範囲では、位相差の入射角度依存性が殆ど発生せず、１０μｍ厚の水晶を単独で
用いた光学補償板８５と遜色ないことが分かる。つまり、サファイア製の第１の平板８６
と水晶製の第２の平板８７とを組み合わせることにより、擬似的に負の一軸性を有し３次
元的な角度範囲で位相差を補償できる光学補償板８５を比較的簡単に得ることができる。
このような光学補償板８５やこれを構成する平板８６，８７は、比較的厚みがあり、各平
板８６，８７の加工が容易で光学補償板８５の取扱も容易である。

図１２は、光学補償板８５を構成する第１の平板８６の厚さと第２の平板８７の厚さと
を別の条件で変化させた場合の位相差を調べたグラフである。この場合、第１の平板８６
よりも第２の平板８７の方がかなり厚く、光学補償板８５は、擬似的に正の一軸性結晶と
して機能する。グラフ中、「×」印は、６７．７μｍ厚を有するサファイア製の第１の平
板８６と、１１０μｍ厚を有する水晶製の第２の平板８７とを貼り合わせた場合における
、光学補償板８５の位相差の入射角依存性を示す。「◇」印は、比較例であり、１０μｍ
厚の水晶板を単独で用いた光学補償板８５の位相差の入射角依存性を示す。また、「□」
印は、１００μｍ厚を有する光学軸が入射面に平行な水晶製の第１の平板８６と、１１０
μｍ厚を有する光学軸が入射面に垂直な水晶製の第２の平板８７とを貼り合わせた場合に
おける、比較例の光学補償板８５の位相差の入射角依存性を示す。この場合、正の一軸結
晶同士で光学的補償を行うものになっている。また、「△」印は、２００μｍ厚を有する
光学軸が入射面に平行な水晶製の第１の平板８６と、２１０μｍ厚を有する光学軸が入射
面に垂直な水晶製の第２の平板８７とを貼り合わせた場合における、比較例の光学補償板
８５の位相差の入射角依存性を示す。この場合も、正の一軸結晶同士で光学的補償を行う
ものになっている。以上から明らかなように、サファイア板と水晶板との組み合わせによ
り、１０°程度の入射角であれば水晶板を単独で用いた場合に匹敵する位相差に維持され
ることが分かり、一対の水晶板を組み合わせた場合に比較して極めて少ない入射角依存性
が達成されることが分かる。

以下、光学補償板８５を備える第１偏光フィルタ３１ｂの製造方法について説明する。
まず、外側支持層８３となるべきＴＡＣ板上に粘着剤を介してＰＶＡ膜を接着し、ＰＶＡ
膜にヨウ素等を主体とした染料を吸着させてＰＶＡ膜を染色する。その後、ＰＶＡ膜をＴ
ＡＣ板とともに延伸してＰＶＡ膜に所望の偏光特性を持たせる。これにより、偏光膜８１
及び外側支持層８３の２層構造が得られる。これと並行して、光学補償板８５の材料を準
備する。つまり、第１の平板８６の材料となるサファイア板と、第２の平板８７の材料と
なる水晶板とを目標の厚さより研磨分だけ厚く切り出して、屈折率楕円体ＲＩＥ２１，Ｒ
ＩＥ２２の傾き方向（配向方位）が両平板８６，８７の一対の対向する平面すなわち主面
に対して略同一傾斜角になるようにする。次に、サファイア板と水晶板の一対の対向する
平面に対して研磨等の加工を施して表面を滑らかにする。次に、洗浄後のサファイア板と
水晶板とを、両者の光学軸の傾斜方向（方位角）を一致させた状態で紫外線硬化樹脂を介
して貼り合わせた後、硬化によって固定する。最後に、別途準備した偏光膜８１及び外側
支持層８３の２層構造と、サファイア板及び水晶板からなる光学補償板８５とを紫外線硬
化樹脂を介して貼り合わせた後、硬化によって固定する。

〔第２実施形態〕
図１３は、図１に示す液晶ライトバルブ３１の変形例であり、第２実施形態の液晶ライ
トバルブを示す。この液晶ライトバルブ１３１の場合、光学補償板８５（図１参照）のう
ち第１の平板８６のみを液晶装置３１ａの光入射側であって第１偏光フィルタ３１ｂの光
射出側に配置し、光学補償板８５のうち第２の平板８７を液晶装置３１ａの光射出側であ
って第２偏光フィルタ３１ｃの光入射側に配置している。本実施形態では、第１の平板８
６は第１偏光フィルタ３１ｂの光射出側面に接着され、第２の平板８７は第２偏光フィル
タ３１ｃの光入射側面に接着されており、第１実施形態における第２偏光フィルタ３１ｃ
の合成支持板１８５（図１参照）を第２の平板８７に置き換えている。ここで、第１の平
板８６と第２の平板８７とは、分離しているが、図１に示す光学補償板８５と同一の機能
を有している。つまり、液晶層７１の必要な動作時（例えばオフ時）における光学軸ＯＡ
１の傾き（プレチルト）に対して、両平板８６，８７の光学軸ＯＡ２１，ＯＡ２２がとも
に一致していれば、両平板８６，８７を液晶層７１の両側に分けて配置することができる
。これにより、第１の平板８６および第２の平板８７が液晶層７１の位相差を補償する光
学補償板８５として作用するとともに、第１偏光フィルタ３１ｂ及び第２偏光フィルタ３
１ｃの支持板を兼ねることも可能となる。

〔第３実施形態〕
図１４は、図１に示す液晶ライトバルブ３１を組み込んだプロジェクタの光学系の構成
を説明する図である。

本プロジェクタ１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光
を赤緑青の３色に分割する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の
照明光によって照明される光変調部２５と、光変調部２５からの各色の像光を合成するク
ロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経た光をスク
リーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備える。このう
ち、光源装置２１、色分離光学系２３、光変調部２５、及びクロスダイクロイックプリズ
ム２７は、スクリーンに投射すべき像光を形成する画像形成装置となっている。

以上のプロジェクタ１０において、光源装置２１は、光源ランプ２１ａと、凹レンズ２
１ｂと、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと、偏光変換部材２１ｇと、重畳レンズ
２１ｉとを備える。このうち、光源ランプ２１ａは、例えば高圧水銀ランプからなり、光
源光を回収して前方に射出させる凹面鏡を備える。凹レンズ２１ｂは、光源ランプ２１ａ
からの光源光を平行化する役割を有するが、省略することもできる。一対のフライアイ光
学系２１ｄ，２１ｅは、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これら
の要素レンズによって凹レンズ２１ｂを経た光源ランプ２１ａからの光源光を分割して個
別に集光・発散させる。偏光変換部材２１ｇは、フライアイ光学系２１ｅから射出した光
源光を例えば図１３の紙面に垂直なＳ偏光成分のみに変換して次段光学系に供給する。重
畳レンズ２１ｉは、偏光変換部材２１ｇを経た照明光を全体として適宜収束させることに
より、光変調部２５に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、
両フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅと重畳レンズ２１ｉとを経た照明光は、以下に詳述す
る色分離光学系２３を経て、光変調部２５に設けられた各色の液晶パネル２５ａ，２５ｂ
，２５ｃを均一に重畳照明する。

色分離光学系２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー２３ａ，２３ｂと、補正光学
系である３つのフィールドレンズ２３ｆ，２３ｇ，２３ｈと、反射ミラー２３ｊ，２３ｍ
，２３ｎ，２３ｏとを備え、光源装置２１とともに照明装置を構成する。ここで、第１ダ
イクロイックミラー２３ａは、赤緑青の３色のうち例えば赤光及び緑光を反射し青光を透
過させる。また、第２ダイクロイックミラー２３ｂは、入射した赤及び緑の２色のうち例
えば緑光を反射し赤光を透過させる。この色分離光学系２３において、光源装置２１から
の略白色の光源光は、反射ミラー２３ｊで光路を折り曲げられて第１ダイクロイックミラ
ー２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー２３ａを通過した青光は、例えばＳ偏光
のまま、反射ミラー２３ｍを経てフィールドレンズ２３ｆに入射する。また、第１ダイク
ロイックミラー２３ａで反射されて第２ダイクロイックミラー２３ｂでさらに反射された
緑光は、例えばＳ偏光のままフィールドレンズ２３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロ
イックミラー２３ｂを通過した赤光は、例えばＳ偏光のまま、レンズＬＬ１，ＬＬ２及び
反射ミラー２３ｎ，２３ｏを経て、入射角度を調節するためのフィールドレンズ２３ｈに
入射する。レンズＬＬ１，ＬＬ２及びフィールドレンズ２３ｈは、リレー光学系を構成し
ている。このリレー光学系は、第１レンズＬＬ１の像を、第２レンズＬＬ２を介してほぼ
そのままフィールドレンズ２３ｈに伝達する機能を備えている。

光変調部２５は、３つの液晶パネル２５ａ，２５ｂ，２５ｃと、各液晶パネル２５ａ，
２５ｂ，２５ｃを挟むように配置される３組の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇとを
備える。ここで、第１光路ＯＰ１に配置された青光用の液晶パネル２５ａと、これを挟む
一対の偏光フィルタ２５ｅ，２５ｅとは、青光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調
するための青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブは、図１に
示す液晶ライトバルブ３１と同様の構造を有しており、コントラスト向上のための光学補
償板８５を、一対の偏光フィルタ２５ｅのうち入射側に相当する第１偏光フィルタ３１ｂ
の内側部分に組み込んでいる。同様に、第２光路ＯＰ２に配置された緑光用の液晶パネル
２５ｂと、対応する偏光フィルタ２５ｆ，２５ｆも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し
、第３光路ＯＰ３に配置された赤光用の液晶パネル２５ｃと、偏光フィルタ２５ｇ，２５
ｇも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そして、これら緑光及び赤色用の液晶ライ
トバルブも、図１に示す液晶ライトバルブ３１と同様の構造を有している。

青光用の第１液晶パネル２５ａには、色分離光学系２３の第１ダイクロイックミラー２
３ａを透過することによって分岐された青光が、フィールドレンズ２３ｆを介して入射す
る。緑光用の第２液晶パネル２５ｂには、色分離光学系２３の第２ダイクロイックミラー
２３ｂで反射されることによって分岐された緑光が、フィールドレンズ２３ｇを介して入
射する。赤光用の第３液晶パネル２５ｃは、第２ダイクロイックミラー２３ｂを透過する
ことによって分岐された赤光が、フィールドレンズ２３ｈを介して入射する。各液晶パネ
ル２５ａ〜２５ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置
であり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃにそれぞれ入射した３色の光は、各液晶パネル２５
ａ〜２５ｃに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて変調される。
その際、偏光フィルタ２５ｅ，２５ｆ，２５ｇによって、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃに
入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃから射出
される変調光から所定の偏光方向の成分光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム２７は、光合成部材であり、４つの直角プリズムを貼り
合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に
交差する一対の誘電体多層膜２７ａ，２７ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜
２７ａは青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜２７ｂは赤色光を反射する。このクロ
スダイクロイックプリズム２７は、液晶パネル２５ａからの青光を第１誘電体多層膜２７
ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル２５ｂからの緑光を第１及び第２誘電
体多層膜２７ａ，２７ｂを介して直進・射出させ、液晶パネル２５ｃからの赤光を第２誘
電体多層膜２７ｂで反射して進行方向左側に射出させる。

投射レンズ２９は、クロスダイクロイックプリズム２７で合成されたカラーの像光を、
所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル２５ａ〜２５ｃ
に入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画
がスクリーン上に投射される。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態に係る液晶装置である液晶ライトバルブ（光変調装置）に
ついて説明する。第４実施形態の液晶ライトバルブは、第１実施形態の液晶ライトバルブ
を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図１５は、第４実施形態の液晶ライトバルブの構造を説明する拡大断面図である。図示
の液晶ライトバルブ３３１は、液晶装置３３１ａと、偏光ビームスプリッタ３３１ｂと、
光学補償板８５とを備える。

液晶ライトバルブ３３１において、液晶装置３３１ａは、入射光の偏光方向を入力信号
に応じて画素単位で変化させる反射型の液晶パネルである。液晶装置３３１ａは、例えば
垂直配向モードで動作する液晶（すなわち垂直配向型の液晶）で構成される液晶層７１を
挟んで、表側に第１基板７２ａと、裏側に第２基板３７２ｂとを備える。表側すなわち入
射出側の第１基板７２ａやその周辺部分については、ブラックマトリクスが存在しない点
を除いて第１実施形態と同様のものである。裏側の第２基板３７２ｂの液晶層７１側には
、回路層３７９を介して、マトリクス状に配置された複数の反射画素電極３７７が形成さ
れている。各反射画素電極３７７には、回路層３７９に設けた薄膜トランジスタ（不図示
）が電気的に接続されている。回路層３７９及び反射画素電極３７７の上には、配向膜７
８が形成されている。ここで、第１及び第２基板７２ａ，３７２ｂと、これらに挟まれた
液晶層７１と、電極７５，３７７とは、入射光の偏光状態を変化させるための液晶セルと
なっている。また、液晶セルを構成する各画素は、１つの画素電極３７７と、共通電極７
５と、これらの間に挟まれた液晶層７１とを含む。

液晶ライトバルブ３３１において、偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、図１の偏光フィ
ルタ３１ｂ，３１ｃに代えて設けられたものであり、液晶装置３３１ａに入射させる光の
偏光方向と、液晶装置３３１ａから射出された光の偏光方向とについての調整を行ってい
る。この偏光ビームスプリッタ３３１ｂ中には、偏光部材として、偏光を分離するための
偏光分離膜３２が内蔵されている。

この偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、入射光のうちＳ偏光を偏光分離膜３２によって
反射して液晶装置３３１ａへと入射させ、液晶装置３３１ａから射出された変調光のうち
偏光分離膜３２を透過するＰ偏光を射出する。つまり、液晶層７１に対して電圧を印加し
ないオフ状態において、液晶装置３３１ａからはＳ偏光が射出され偏光ビームスプリッタ
３３１ｂの偏光分離膜３２でＳ偏光が反射されるので、画像光としては最大遮光状態（最
低輝度状態）を確保することができ、液晶層７１に対して電圧を印可したオン状態におい
て、液晶装置３３１ａからはＰ偏光が射出され偏光ビームスプリッタ３３１ｂの偏光分離
膜３２でＰ偏光が透過されるので、最大透過状態（最高輝度状態）を確保することができ
る。なお、偏光ビームスプリッタ３３１ｂは、システム光軸に対して傾斜配置されるワイ
ヤグリッド偏光子等の他の反射型の偏光部材に置き換えることができる。

液晶ライトバルブ３３１において、光学補償板８５は、入射光の光軸に沿ったＺ方向に
垂直なＸＹ面に平行な状態で配置されている。この光学補償板８５は、図１に示す第１偏
光フィルタ３１ｂから偏光膜８１等を除いたものであり、互いに異種の複屈折材料で形成
された第１の平板８６と第２の平板８７とを含む二層構造を有している。具体的には、例
えば、第１の平板８６が負の一軸性の屈折率を有し、第２の平板８７が正の一軸性の屈折
率を有し、両者を合わせた光学補償板８５は実効厚みの薄い負の一軸性の複屈折材料とし
て機能する。つまり、光学補償板８５は、補正量の少ない位相差板として機能する。

光学補償板８５の機能は、入射光束が光学補償板８５と液晶層７１とを往復することに
関係する点を除いて、第１実施形態の場合と同様である。すなわち、液晶装置３３１ａに
おいて、垂直入射光に対するトータルのリタデーションは、図１に示す液晶装置３１ａに
場合の２倍で与えられる。液晶層７１に対して電圧を印加しないオフ状態において、光学
補償板８５を構成する第１及び第２の平板８６，８７の厚みの調整によって、偏光ビーム
スプリッタ３３１ｂで反射されて液晶装置３３１ａに入射する偏光と、液晶装置３３１ａ
で反射されて偏光ビームスプリッタ３３１ｂに入射する偏光とが同一状態となり、垂直入
射光に対する遮光が完全となり、液晶ライトバルブ３３１の透過及び遮光によって決定さ
れる画像のコントラストは最大となる。同様に、光学補償板８５を構成する第１及び第２
の平板８６，８７の屈折率楕円体ＲＩＥ２１，ＲＩＥ２２や厚みを調節することで、様々
な角度分布の照明装置に対してリタデーションの積分値を極小化することができ、液晶ラ
イトバルブ３３１によって形成される画像のコントラストを最大限高めることができる。

〔第５実施形態〕
図１６は、図１５に示す液晶ライトバルブ３３１を組み込んだプロジェクタの光学系の
構成を説明する図である。なお、第５実施形態のプロジェクタ３１０は、第３実施形態の
プロジェクタ１０を変形したものであり、特に説明しない部分は、第３実施形態と同様で
ある。

本プロジェクタ３１０は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源
光を赤緑青の３色に分割する色分離光学系３２３と、色分離光学系３２３から射出された
各色の照明光によって照明される光変調部３２５と、光変調部３２５からの各色の像光を
合成するクロスダイクロイックプリズム２７と、クロスダイクロイックプリズム２７を経
た光をスクリーン（不図示）に投射するための投射光学系である投射レンズ２９とを備え
る。

色分離光学系３２３は、第１及び第２ダイクロイックミラー３２３ａ，２３ｂと、反射
ミラー３２３ｎとを備える。この色分離光学系２３において、光源装置２１からの略白色
の光源光は、ダイクロイックミラー３２３ａに入射する。第１ダイクロイックミラー３２
３ａで反射された青光は、例えばＳ偏光のまま、反射ミラー３２３ｎを経て偏光ビームス
プリッタ５５ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３２３ａを透過して第２ダ
イクロイックミラー２３ｂで反射された緑光は、例えばＳ偏光のまま偏光ビームスプリッ
タ５５ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー２３ｂを通過した赤光は、例え
ばＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ５５ｃに入射する。

光変調部３２５は、３つの偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、３つの液
晶パネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃとを備える。ここで、青光用の偏光ビームスプリッタ５
５ａ及び液晶パネル５６ａは、青光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための
青色用の液晶ライトバルブを構成する。青色用の液晶ライトバルブは、図１５に示す液晶
ライトバルブ３３１と同様の構造を有している。同様に、緑光用の偏光ビームスプリッタ
５５ｂ及び液晶パネル５６ｂも、緑色用の液晶ライトバルブを構成し、赤光用の偏光ビー
ムスプリッタ５５ｃ及び液晶パネル５６ｃも、赤色用の液晶ライトバルブを構成する。そ
して、これら緑光及び赤色用の液晶ライトバルブも、図１５に示す液晶ライトバルブ３３
１と同様の構造を有している。具体的には、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５
ｃは、図１５の偏光ビームスプリッタ３３１ｂに対応しており、偏光分離膜３２ｂ，３２
ｇ，３２ｒを内蔵する。また、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、液晶パ
ネル５６ａ，５６ｂ，５６ｃとの間には、コントラスト向上のための光学補償板８５がそ
れぞれ配置されている。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能で
あり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、上記実施形態では、光学補償板８５としてサファイアと水晶を用いた例につ
いて説明したが、サファイア以外の負の一軸性結晶（例えば、方解石、ＫＤＰ、ＡＤＰ）
を用いることができ、水晶以外の正の一軸性結晶（例えばイットリウム・バナデート（Ｙ
ＶＯ_４）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２））を用いることができる。

また、上記第１実施形態等では、光学補償板８５を液晶層７１の入射側に配置している
が、光学補償板８５を合成支持板１８５と入れ替えて液晶層７１の射出側すなわち射出側
カバー７４ｂの前後に配置することができる。なお、第１基板７２ａ等に集光用のマイク
ロレンズを形成している場合、光学補償板８５と液晶層７１との間で光束の角度を大きく
変化させない観点から、光学補償板８５を第１基板７２ａの反対側である射出側に配置す
ることが望ましい。

また、上記実施形態では、光学補償板８５を構成する一対の平板８６，８７の光学軸Ｏ
Ａ２１，ＯＡ２２を入射平面８５ａ等に対して傾斜させているが、光学軸ＯＡ２１，ＯＡ
２２を両平板８６，８７の入射平面８５ａ等に対して垂直にすることもできる。この場合
、光学補償板８５すなわち第１偏光フィルタ３１ｂ自体を入射光に対して適宜傾斜させる
。

また、光学補償板８５において、第１の平板８６と第２の平板８７との順序を入れ替え
ることもできる。つまり、第１の平板８６を射出側に配置し、第２の平板８７を入射側に
配置することができる。

また、光学補償板８５を構成する第１の平板８６と第２の平板８７とを接着剤で接合す
る必要はなく、両平板８６，８７を密着又は空気を介して対向させホルダで保持すること
も可能である。さらに、両平板８６，８７の間には、接着剤以外の等方性媒体を介在させ
ることができる。この場合、両平板８６，８７の屈折率を考慮して、光路ＶＰを基準とし
て両者の屈折率楕円体ＲＩＥ２１及び屈折率楕円体ＲＩＥ２２の各短軸の傾きが一致する
ように、両平板８６，８７間に楔角を設けることができる。
なお、両平板８６，８７の間には、異方性媒体を介在させることもできる。この場合、
両平板８６，８７の光学軸に一致するように異方性媒体の光学軸を配置する。

また、上記実施形態では、光学補償板８５を垂直配向型の液晶ライトバルブ３１，１３
１，３３１に組み込む場合について説明したが、同様の光学補償板８５をＴＮ型の液晶ラ
イトバルブに組み込むことができる、さらに、プロジェクタ１０の他の箇所（例えば色分
離光学系２３、投射レンズ２９等の内部）に、光学補償その他の目的で、第１の平板８６
と第２の平板８７とからなる光学素子を組み込むこともできる。

また、上記第５実施形態及び第６実施形態では、偏光ビームスプリッタ３３１ｂ，５５
ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分離素子で反射したＳ偏光を光学補償板８５を介して液晶装置
３３１ａ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃに入射させ、偏光ビームスプリッタ３３１ｂ，５５ａ
，５５ｂ，５５ｃの偏光分離素子を透過した液晶装置３３１ａ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ
からのＰ偏光を画像光として射出する例のみを挙げたが、偏光ビームスプリッタ３３１ｂ
，５５ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分離素子を透過したＰ偏光を光学補償板８５を介して液
晶装置３３１ａ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃに入射させ、偏光ビームスプリッタ３３１ｂ，
５５ａ，５５ｂ，５５ｃの偏光分離素子で反射した液晶装置３３１ａからのＳ偏光を画像
光として射出する構成とすることも可能である。

また、上記実施形態のプロジェクタ１０，３１０では、光源装置２１を、光源ランプ２
１ａ、一対のフライアイ光学系２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ、及び重畳レンズ２
１ｉで構成したが、フライアイ光学系２１ｄ，２１ｅ、偏光変換部材２１ｇ等については
省略することができ、光源ランプ２１ａも、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる
。

また、上記実施形態では、色分離光学系２３，３２３を用いて照明光の色分離を行って
、光変調部２５，３２５において各色の変調を行った後に、クロスダイクロイックプリズ
ム２７において各色の像の合成を行っているが、単一の液晶パネルすなわち液晶ライトバ
ルブ３１によって画像を形成することもできる。

上記実施形態では、３つの液晶パネル２５ａ〜２５ｃ，５６ａ〜５６ｃを用いたプロジ
ェクタ１０，３１０の例のみを挙げたが、本発明は、２つの液晶パネルを用いたプロジェ
クタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。

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

第１実施形態に係る液晶パネルの構造を説明する側方断面図である。第１偏光フィルタの構造を説明する側面図である。第２偏光フィルタの構造を説明する側面図である。（ａ）、（ｂ）は、光学補償板の屈折率とその等価的な機能を説明する図である。（ａ）、（ｂ）は、合成支持板の屈折率とその等価的な機能を説明する図である。液晶層の屈折率と光学補償板の屈折率とを説明する側方断面図である。（ａ）、（ｂ）は、液晶層の屈折率を説明する側面図及び平面図である。（ａ）、（ｂ）は、光学補償板の屈折率を説明する側面図及び平面図である。（ａ）、（ｂ）は、リタデーションの傾き角依存性と、入射光の重み関数とを示す。（ａ）〜（ｃ）は、シミュレーションによる視野角について実施例と比較例を示す。シミュレーションの結果を説明するグラフである。別のシミュレーションの結果を説明するグラフである。第２実施形態に係る液晶パネルの構造を説明する側方断面図である。図１等に示す液晶ライトバルブを組み込んだプロジェクタの光学系を説明する図である。第４実施形態の液晶ライトバルブを説明する側方断面図である。図１５の液晶ライトバルブを組み込んだプロジェクタの光学系を説明する図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、２１…光源装置、２３…色分離光学系、２５…光変調部、
２５ａ〜２５ｃ…液晶パネル、２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ…偏光フィルタ、２７…ク
ロスダイクロイックプリズム、２９…投射レンズ、３１…液晶ライトバルブ、３１
ａ…液晶装置、３１ｂ…第１偏光フィルタ、３１ｃ…第２偏光フィルタ、７１…液
晶層、７２ａ，７２ｂ…基板、７４ａ，７４ｂ…カバー、７７…透明画素電極、
８１…偏光膜、８３…外側支持層、８５…光学補償板、８６…第１の平板、８７
…第２の平板、１８５…合成支持板、ＯＡ１，ＯＡ２…光学軸、ＲＩＥ１…屈折率
楕円体、ＲＩＥ２…屈折率楕円体

Claims

互いに平行な入射平面及び射出平面を有するとともに光学軸を有する負の一軸性の屈折
材料で形成されている第１の平板と、前記第１の平板の前記入射平面にそれぞれ平行な入
射平面及び射出平面を有するとともに前記第１の平板の光学軸に略平行な光学軸を有する
正の一軸性の屈折材料で形成されている第２の平板とを含む光学装置を備えるプロジェク
タであって、
前記第１の平板の厚さと前記第２の平板の厚さとの調整により、前記第１及び第２の平
板を一組として所定の位相差を与えるプロジェクタ。
前記第１の平板を透過するときに前記第１の平板の光学軸と平行な光線が、前記第２の
平板を透過するときに前記第２の平板の光学軸と平行な光線となるように、前記第１の平
板の光学軸と前記第２の平板の光学軸とが配置されている請求項１記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板のうち少なくとも一方は、加熱される光学素子に接して配置さ
れる、請求項１または請求項２記載のプロジェクタ。
前記加熱される光学素子は、所定方向の直線偏光を透過させる偏光膜を含む、請求項３
記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板は、それぞれ無機材料で形成されている、請求項１から請求項
４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記第１の平板は、サファイアで形成され、前記第２の平板は、水晶で形成される、請
求項５記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板の位置関係は、当該第１及び第２の平板を直接接させること、
当該第１及び第２の平板の間に等方性媒体を介在させること、又は、当該第１及び第２の
平板の間に両者の光学軸に一致する光学軸を有する異方性媒体を介在させることのいずれ
かである、請求項１から請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板は、接着剤を介して互いに接合される、請求項７記載のプロジ
ェクタ。
前記光学装置は、液晶を保持する液晶セルと、当該液晶セルに対応して配置される少な
くとも１つの偏光部材とを含む光変調装置であり、
前記第１及び第２の平板は、前記液晶セルと前記少なくとも１つの偏光部材との間に配
置される、請求項１から請求項８のいずれか一項記載のプロジェクタ。
前記液晶パネルは、前記第１の平板と前記第２の平板との間に配置され、
前記液晶パネルの複屈折の影響が、前記第１の平板と前記第２の平板とによって補償さ
れる、請求項９記載のプロジェクタ。
前記光変調装置を照明する照明装置と、前記光変調装置によって形成された画像を投射
する投射レンズとをさらに備える請求項９及び請求項１０のいずれか一項記載のプロジェ
クタ。