JP2008077059A

JP2008077059A - 光学装置を備えるプロジェクタ

Info

Publication number: JP2008077059A
Application number: JP2007185302A
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: 2007-07-17
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】斜入射光に対しても位相差を与えず、精密なアライメントを必要としない光学素
子を組み込んだプロジェクタを提供すること。
【解決手段】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８
９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。
【選択図】図５

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）。
特開平１０−３１２１６６号公報

上記のようなプロジェクタに組み込まれる偏光板や位相差フィルム等の光学素子は、水
晶やサファイアからなる基板に支持されることがある。これは、光束によって加熱される
光学素子をその基板の放熱性によって保護しようとするものである。この場合、サファイ
アや水晶は複屈折性を有しているので、例えばサファイアや水晶の光学軸を調整すること
で、基板自体が結像や偏光状態等に影響を与えないようにしている。例えば加熱される光
学素子は偏光膜であり、この場合偏光膜の透過軸と基板の光学軸を平行に配置することで
基板の複屈折性による影響を最小限にしている。つまり、偏光膜をサファイア等の基板で
支持する場合には、サファイア等の基板の光学軸を偏光方向に平行にアライメントして配
置することで位相差の発生を抑えていた。

しかしながら、このような方法では、偏光方向と基板の光学軸とを精度良く一致させる
必要があり、このようなアライメントが最適な位置から１°でもずれると、基板を通過す
る光束の偏光状態が大きく変化してしまい、液晶ライトバルブのコントラストが大幅に低
下する場合があった。また、上記のような光学素子において、サファイアや水晶製の基板
に垂直に入射する光束については、位相差の発生を防止できても、基板に斜めから入射す
る光束については、位相差の発生を防止できない。

そこで、本発明は、斜入射光に対しても位相差を与えず、精密なアライメントを必要と
しない光学素子を組み込んだ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無機屈折材料で形成されている第１の平板と、（ｂ）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無機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、前記第１の平板と前記第２の平板
とは、光束が当該第１及び第２の平板の間を通過する際に偏光状態が実質的に影響を受け
ないような位置関係で、当該第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
素子に接するように配置され、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の平板の位相差を互いに打ち消す。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等を考慮して、第１の
平板をその光学軸に沿って透過してきた入射光が第２の平板をその光学軸に対して同一角
度をなして通過する状態を意味する。

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、前記第１及び第２の平板の位相差を互いに打ち消すので、両平板を一組として、複屈
折を有しない擬似的な等方的部材として機能させることができる。つまり、第１及び第２
の平板をガラス等の等方的な材料と同様に光学素子の基板等として偏光光の光路上に配置
することができるので、光学素子や基板のアライメント精度を徒に高くすることなく、無
機屈折材料としての各種特性を生かして、光学装置の耐久性、精度等に関する信頼性を高
めることができる。しかも、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ので、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。これにより、例えば偏光板、位相差フィルム、液晶パ
ネル等の光学装置又はその部分を高精度で動作させることができ、高性能のプロジェクタ
を提供することができる。

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、前記第１
及び第２の平板の前記位置関係は、当該第１及び第２の平板を直接接させること、又は、
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のいずれかである。この場合
、第１の平板から射出した光束が実質的に偏光状態を変えず第２の平板に入射することに
なり、両平板を併せた状態で実質的な等方的部材として使用することができる。

本発明の別の態様によれば、前記第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つの透過平板として機能し
、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、第１及び第２の平板を一組とする光学素子は、第１の平板で与えられた位相差
を第２の平板で与えられる位相差で容易に相殺することが可能となる。

本発明のさらに別の態様によれば、前記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とともに、偏光膜を通過する光束の偏光状態が第１の
平板や第２の平板で乱されることを防止できる。

本発明のさらに別の態様によれば、前記偏光膜は、第１の偏光膜と第２の偏光膜とを含
み、前記第１の平板は、前記第２の平板の光入射側に配置され、前記第１の偏光膜は、前
記第１の平板の光入射端面に接しており、前記第２の偏光膜は、前記第２の平板の光射出
端面に接している。熱を分散させ偏光膜の劣化を抑制するように２つの偏光膜を使用した
場合でも２つの偏光膜間に配置される平板によって位相差が与えられない。

本発明のさらに別の態様によれば、前記第１の平板がサファイアで形成され、前記第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。

本発明のさらに別の態様によれば、前記光学装置が、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、前
記第１及び第２の平板が、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。この場合、液晶セルと少なくとも１つの偏光膜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。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等を意味し、液晶ライトバルブに対応して複数の偏光部材
がある場合、前記第１及び第２の平板は、前記液晶セルと最も離れた偏光部材までのいず
れかの位置に配置される。

本発明のさらに別の態様によれば、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。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面に対して微小角だけ傾斜した状態で配置されている。
ここで、最も内側の光学補償板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、互いに異種の無機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８
５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８６ａと第２の平板８７の射出平面８７ｂとは、光学補償板８５自体の入射出平面
８５ａ，８５ｂに一致している。

以上の第１偏光フィルタ３１ｂにおいて、光学素子である偏光膜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。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、偏光部材としての偏光膜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
ものとされており、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する。

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、最も内側
の合成支持板１８５は、第１の平板８８と第２の平板８９とを含む二層構造の支持部材で
あり、両平板８８，８９は、互いに異種の無機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１８５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自体の入射出平面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、以上の説明において、合成支持板１８５は、入射出平
面１８５ａ，１８５ｂがＺ方向に沿った光軸に対して垂直になるように配置されているが
、合成支持板１８５を光軸に垂直な状態から多少傾斜した状態に配置することもできる。

ここで、第２偏光フィルタ３１ｃにおいて内側の合成支持板１８５を見かけ上の等方的
屈折材料で形成する理由について簡単に説明する。外側支持層８３は、特定の直線偏光を
選択的に透過させる光学素子である偏光膜８１の外側（具体的には、図１において変調光
が射出する側）すなわち偏光特性に影響しない非作用側にあり、クロスニコルの機能に実
質的に影響しないので、これが多少複屈折性を有していても特に問題は生じない。一方、
合成支持板１８５は、偏光膜８１の内側（具体的には、図１の液晶装置３１ａに対向する
側）すなわち偏光特性に影響する作用側にある層であり、クロスニコルの機能に実質的に
影響するので、これが多少であっても複屈折性を有していると、液晶ライトバルブ３１の
変調性能に影響が生じる。よって、合成支持板１８５を構成する第１の平板８８の複屈折
性によって生じた偏光状態の変化を同様に合成支持板１８５を構成する第２の平板８９の
複屈折性によって相殺するような作用を与えるならば、合成支持板１８５全体として複屈
折性が恰も存在しないかのように扱うことができ、液晶装置３１ａによる変調作用に影響
を与えない理想的な第２偏光フィルタ３１ｃを提供することができる。

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てお
り、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する。

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。

ここで、光学補償板８５は、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ＲＩＥ２１と屈折率楕円体ＲＩＥ２
２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Ｒ
ＩＳ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
（厚さｄ２’）と考えることができ、この極めて薄い層の屈折率楕円体ＲＩＥ２１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、全体として負の一軸性の複屈折材料として機能し位相差付与量すなわち
補償量の少ない光学補償板８５を得ることができる。具体的には、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。

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。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差を殆ど発生させない合
成支持板１８５を得ることができる。

合成支持板１８５における屈折率の相殺機能についてより詳細に説明する。まず、第１
の平板８８について考えると、この第１の平板８８は、負の一軸性結晶からなり、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Ｎｚ<Ｎｘ＝Ｎｙの
関係が成り立ち、屈折率楕円体ＲＩＥ２１の長軸に対応する光学軸ＯＡ２１は、合成支持
板１８５の入射平面１８５ａに法線方向から入射する光線（垂直入射光）に対して平行に
なっている。ここで、図５（ａ）に示すように第１の平板８８の正常屈折率がＮ_ｏで異常
屈折率がＮ_ｅである。よって、垂直入射光に対する第１の平板８８のリタデーションＲｅ
１は、第１の平板８８の厚みをｄ１として、
Ｒｅ１＝（Ｎ_ｅ−Ｎ_ｏ）×ｄ１ … （１）
となる。同様に、第２の平板８９について考えると、この第２の平板８９は、正の一軸性
結晶からなり、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、屈折率楕円体ＲＩＥ２２の長軸に対応する光学軸
ＯＡ２２は、合成支持板１８５の入射平面１８５ａに法線方向から入射する光線（垂直入
射光）に対して平行になっている。ここで、図５（ａ）に示すように第２の平板８９の正
常屈折率がｎ_ｏで異常屈折率がｎ_ｅである。よって、垂直入射光に対する第２の平板８９
のリタデーションＲｅ２は、第２の平板８９の厚みをｄ２として、
Ｒｅ２＝（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ２ … （２）
となる。ここで、第１の平板８８の屈折率Ｎｚの短軸と第２の平板８９の屈折率ｎｚの長
軸とは平行又は略平行に配置されている。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（１）で与えられるＲｅ１と、式（２）で与えられるＲｅ２との
差の絶対値で与えられる。つまり、Ｒｅ１＝Ｒｅ２のとき、第２偏光フィルタ３１ｃに入
射する変調光は、位相作用を受けず特定の直線偏光のみを通過させる。

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、空気に挟まれた液晶装置３１ａを斜めに通過するある光束について考え、空気中
での傾き角をη０とし、第１の平板８８中での傾き角をη１とし、第２の平板８９中での
傾き角をη２とする。この場合、第１の平板８８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、液晶装置３１ａから射出し空気を介して第２偏光フィルタ
３１ｃに傾き角η０で入射した光束については、第１の平板８８中において、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 … （３）
さらに、第２の平板８９において、ｎ_ｏ≒ｎ_ｅとなるので、第１の平板８８中で傾き角η
１で第２の平板８９に傾き角η２で入射した光束については、以下のようになる。
ｓｉｎ（η１）：ｓｉｎ（η２）＝１／Ｎ_ｏ：１／ｎ_ｏ
ｓｉｎ（η２）＝ｓｉｎ（η１）（Ｎ_ｏ／ｎ_ｏ） … （４）
以上のような斜め入射光が両平板８８，８９すなわち合成支持板１８５を通過する際の
リタデーションＲｅ’は、次式
Ｒｅ’＝（Ｎ_ｏ−Ｎ_ｅ）×ｄ１／ｃｏｓ（η１）
−（ｎ_ｅ−ｎ_ｏ）×ｄ２／ｃｏｓ（η２） … （５）
で与えられる。上式でｄ１／ｃｏｓ（η１）は、傾斜した入射光の第１の平板８８におけ
る実効的厚さであり、ｄ２／ｃｏｓ（η２）は、傾斜した入射光の第２の平板８９におけ
る実効的厚さである。

結果的に、合成支持板１８５すなわち第１及び第２の平板８８，８９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が定数であり、値η
１，η２が上記値η０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） … （６）
と考えて処理することができる。よって、上記式（６）に基づいて、全ての入射光線（傾
き角η０，方位角φ）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、合成支持板１８５を構成する平板８８，８９の厚みｄ１，ｄ２を最適化するこ
ともでき、この場合、偏光膜８１に入射する光束は、傾き角η０が比較的小さい範囲で、
位相作用を殆ど受けず液晶装置３１ａから射出されたままの状態となる。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第１及び第２の平板８８，８９の厚み等を設定する。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６（ａ）は、通
過光のリタデーションＲｅ’＝ｆ（η０）と傾き角η０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６（ｂ）は、入射光の重み関数Ｗ（η０，φ）と傾き角η０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）の特性は、第１及び第２の平板８８，８９の光学特性によって定まり、重み
関数Ｗ（η０，φ）は、光源の放射特性、均一化光学系の光学特性等によって定まる。つ
まり、第１及び第２の平板８８，８９の屈折率楕円体ＲＩＥ２１，ＲＩＥ２２や厚みｄ１
，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）の積分値を極小化することができ、液晶装置３１ａから射出されたままの
状態の光束を偏光膜８１に入射させることができる。

以上の式（７）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、第１及び第２の平板８８，８９の屈折
率特性を入力することで、両平板８８，８９の厚みｄ１，ｄ２を迅速に決定することがで
きる。

以下、第１偏光フィルタ３１ｂに設けた光学補償板８５の機能、すなわち液晶層７１の
プレチルトに起因する位相の乱れを補償する機能について説明する。

図７は、液晶層７１の屈折率と光学補償板８５の屈折率と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は互いに平行であり、光学
補償板８５すなわち入出射平面８５ａ，８５ｂは、上記入出射面７１ａ，７１ｂに対して
ともに平行に配置されている。

液晶層７１において、オフ状態の液晶性化合物の屈折率楕円体ＲＩＥ３の長軸すなわち
光学軸ＯＡ３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ＲＩＥ３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ＲＩＥ３の配向方向における傾き角は、プレチルト
角θ３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（ｂ）に示す第２の部分Ｐ２２における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、Ｘ
Ｚ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。この際、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方向となる。そし
て、屈折率楕円体ＲＩＥ２が傾く方位角における屈折率楕円体ＲＩＥ２の傾き角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θ３と等しくなっている。つまり、光学補償板８５の光学軸ＯＡ２傾き角を調節
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ＯＡ１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。

以上のように、オフ状態の液晶層７１のプレチルトに応じて光学補償板８５の光学軸の
方位を設定することにより、第１偏光フィルタ３１ｂから射出された偏光と第２偏光フィ
ルタ３１ｃに入射する偏光とは同一状態となり、垂直入射光に対する第２偏光フィルタ３
１ｃでの遮光が完全となる。つまり、液晶ライトバルブ３１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。

図８は、第２偏光フィルタ３１ｃに関して、合成支持板１８５を構成する第１の平板８
８の厚さと第２の平板８９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、３００μｍ厚を有するサファイア製の第１の平板８８と、２００μｍ厚
を有する水晶製の第２の平板８９とを貼り合わせた実施例の合成支持板１８５における位
相差の入射角依存性を示す。また、◇印は、２２５μｍ厚を有するサファイア製の第１の
平板８８と、２００μｍ厚を有する水晶製の第２の平板８９とを貼り合わせた第１比較例
の合成支持板１８５における位相差の入射角依存性を示す。また、△印は、１５０μｍ厚
を有するサファイア製の第１の平板８８と、２００μｍ厚を有する水晶製の第２の平板８
９とを貼り合わせた第２比較例における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、□印で示す実施例の合成支持板１８５に関しては、入射角が１０°以下の範囲
で、位相差が１ｎｍ以下で入射角度依存性が殆ど発生せず、石英ガラスや白板ガラス等の
等方的部材を用いた場合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８
８と水晶製の第２の平板８９とを例えば３：２の厚さ比で組み合わせることにより、擬似
的な屈折率等方性を有する平板を簡単に得ることができる。このような合成支持板１８５
やこれを構成する平板８８，８９は、比較的厚みがあり、各平板８８，８９の加工が容易
で合成支持板１８５の取扱も容易である。さらに、サファイアや水晶は、熱伝導率が高く
、放熱能力に優れていることから、偏光膜８１の支持体として優れる。さらに、第１の平
板８８の光学軸ＯＡ２１と第２の平板８９の光学軸ＯＡ２２とは互いに一致して入出射平
面１８５ａ，１８５ｂに垂直になっているので、入出射平面１８５ａ，１８５ｂ内に光学
軸成分が存在しない。よって、偏光膜８１等を貼り付ける際の角度方向の制限がなくなり
アライメントが容易になる。

なお、以上のグラフに示す具体例では、第１の平板８８であるサファイア板の厚さを固
定して第２の平板８９である水晶板の厚さを調整しているが、その逆も可能であり、第２
の平板８９である水晶板の厚さを固定して第１の平板８８であるサファイア板の厚さを調
整することもできる。

以下、合成支持板１８５を備える第２偏光フィルタ３１ｃ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、ＰＶ
Ａ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
ＴＡＣ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８
１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、合成支持板１８５の材料
を準備する。つまり、第１の平板８８の材料となるサファイア板と、第２の平板８９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
，ＲＩＥ２２の傾き方向（配向方位）が両平板８８，８９の一対の対向する平面すなわち
主面に垂直になるようにする。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
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合成支持
板１８５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。

なお、以上の説明で、偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃを構成する偏光膜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。

〔第２実施形態〕
図９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を経た像光をス
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９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、光学補償板８５及び合成支持板１
８５を、一対の偏光フィルタ２５ｅに相当する第１及び第２偏光フィルタ３１ｂ，３１ｃ
の内側部分にそれぞれ組み込んでいる。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２５
ｇ，２５ｇ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像光として取り出される。

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３実施形態〕
以下、本発明の第３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３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１０は、第３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、偏光フィルタ３３１ｄ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。なお、両平板８６，８７の厚みの調整等によって
、一定の視野角特性を有する入射光に対してもコントラストを高めることができる。

偏光フィルタ３３１ｄは、偏光ビームスプリッタ３３１ｂの射出側に配置されている。
偏光フィルタ３３１ｄは、図１の偏光フィルタ３１ｃと同様の構造を有し、外側支持層８
３及び偏光膜８１ｂの偏光ビームスプリッタ３３１ｂ側に合成支持板１８５を備える。

ここで、偏光膜８１ｂは、第１実施形態の場合と多少異なり、液晶ライトバルブ３３１
から射出される偏光の選択性を高める役割を有する。すなわち、偏光ビームスプリッタ３
３１ｂの偏光分離膜３２は、例えばＰ偏光を完全に透過しＳ偏光を完全に反射することが
望まれるが、一般にそのような消光特性すなわち検光特性を実現することは困難で、検光
特性の多少の改善であってもコスト増加を招く。このため、偏光分離膜３２によるＳ偏光
の反射率をあまり高くしないで、代わりに偏光ビームスプリッタ３３１ｂの射出側に偏光
フィルタ３３１ｄを設けて比較的安価に検光特性の改善を図ることが考えられる。

以上のように、偏光ビームスプリッタ３３１ｂの射出側に偏光フィルタ３３１ｄを設け
た場合、偏光フィルタ３３１ｄの放熱を確保して加熱によるダメージの発生を予防するこ
とが望ましくなる。この場合、偏光フィルタ３３１ｄを構成する偏光膜８１ｂに合成支持
板１８５を密着させることにより、偏光膜８１ｂの効率的な冷却を確保することができる
。一方、偏光ビームスプリッタ３３１ｂの射出側に偏光フィルタ３３１ｄを設けた場合、
偏光フィルタ３３１ｄに内在する位相差によって、偏光膜８１ｂの通過前に偏光状態や結
像等に影響を与えないようにする必要がある。よって、第１実施の場合と同様に、合成支
持板１８５については、水晶やサファイアのように熱伝導性の高い材料で形成して効率的
な冷却を達成できるようにするとともに、合成支持板１８５を構成する複数の複屈折材料
が相互に位相差を打ち消すようにする。具体的には、合成支持板１８５を構成する第１の
平板８８の複屈折性によって生じた偏光状態の変化を、同様に合成支持板１８５を構成す
る第２の平板８９の複屈折性によって相殺するような作用を与えることで、合成支持板１
８５全体として複屈折性が恰も存在しないかのように扱うことができ、理想的な偏光透過
特性を有する偏光フィルタ３３１ｄを提供することができる。

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、上述のように全体として擬
似的な等方的屈折材料として機能する。なお、両平板８８，８９の厚みの調整等によって
、垂直入射光だけでなく一定の視野角特性を有する入射光に対しても、複屈折性を低減し
た光透過性の基板を提供することができる。

以上の説明において、合成支持板１８５は、入射出平面１８５ａ，１８５ｂがＺ方向に
沿った光軸に対して垂直になるように配置されているが、合成支持板１８５を光軸に垂直
な状態から多少傾斜した状態に配置することもできる。

また、以上の説明では、偏光フィルタ３３１ｄを偏光ビームスプリッタ３３１ｂの射出
側に配置しているが、偏光フィルタ３３１ｄを偏光ビームスプリッタ３３１ｂの入射側に
配置することもできる。この場合、合成支持板１８５は、外側支持層８３及び偏光膜８１
ｂに対して偏光ビームスプリッタ３３１ｂ側に配置される。

〔第４実施形態〕
図１１は、図１０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４実施形態のプロジェクタ３１０は、第２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２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１０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１０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１０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。さらに、偏光ビームスプリッタ５５ａ，５５ｂ，５５ｃと、クロ
スダイクロイックプリズム２７との間には、偏光の選択性を高めるための偏光フィルタ３
３１ｄ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、合成支持板１８５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、方解石、バナジン酸イット
リウム、ルチル）を用いることができる。

また、上記第１実施形態等では、第２偏光フィルタ３１ｃにおいて単一の偏光膜８１だ
けで検光していたが、偏光膜を２つ備える構成にしてもよい。偏光膜を２つ用いた第２偏
光フィルタ３１ｃの構成例を、図１２に示す。入射側に配置される偏光膜８１ａは、第１
の平板８８の入射側端面に接着され、射出側に配置される偏光膜８１ｂは、第２の平板８
９と外側支持層８３とに挟まれて接着される。図１２では、支持部材１８５に含まれる第
１の平板８８と第２の平板８９とを互いに離間させて冷却風の流路を形成し、偏光膜８１
ａと偏光膜８１ｂとの冷却効果をより高めた構成を示している。なお、装置の小型化や冷
却効率などの理由により、第１の平板８８と第２の平板８９とを接着した構成としてもよ
いし、図１２に示す光学装置をプロジェクタに組み込む場合は、外側支持層８３の射出面
をクロスダイクロイックプリズムの光入射面に接着してもよい。出射側の偏光膜８１ｂは
第２の平板８９と外側支持層８３とに挟まれているため放熱しやすい。偏光膜８１ａの放
熱を促進させるために、放熱性はよいが複屈折性を有するサファイアや水晶等の第１の平
板８８に偏光膜８１ａを貼付したとしても、第１の平板８８で与えられる位相差を第２の
平板８９で相殺するので、偏光膜８１ｂで正確に検光でき、画像のコントラスト低下を防
止することができる。

また、上記第１実施形態等では、合成支持板１８５を液晶層７１の射出側に配置してい
るが、合成支持板１８５を液晶層７１の入射側に配置することができる。つまり、合成支
持板１８５を第１偏光フィルタ３１ｂ側に組み込み、光学補償板８５を第２偏光フィルタ
３１ｃ側に組み込むことができる。

また、上記実施形態の合成支持板１８５内において、第１の平板８８と第２の平板８９
との順序を入れ替えることもできる。つまり、第１の平板８８を射出側に配置し、第２の
平板８９を入射側に配置することができる。

また、合成支持板１８５を構成する第１の平板８８と第２の平板８９とを接着剤で接合
する必要はなく、上記図１２のように両平板８８，８９を空気を介して対向させ、或いは
両平板８８，８９を密着状態で対向させて、これら平板８８，８９を不図示のホルダで保
持することも可能である。また、両平板８８，８９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。さらに、両平板８８，８９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８８，８９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、合成支持板１８５を構成する一対の平板８８，８９の光学軸
ＯＡ２１，ＯＡ２２を入射平面１８５ａ等に対して微小角だけ傾斜させているが、光学軸
ＯＡ２１，ＯＡ２２を両平板８６，８７の入射平面１８５ａ等に対してともに垂直にする
こともできる。この場合、第２偏光フィルタ３１ｃ自体を入射光に対して適宜傾斜させる
ことが望ましい。結果的に、第２偏光フィルタ３１ｃに入射する光束のうち、ある傾き角
でこれを通過する主光線は、第１の平板８８を透過するときにその光学軸ＯＡ２１と平行
になり、第２の平板８９を透過するときにその光学軸ＯＡ２２と平行な光線となる。これ
により、合成支持板１８５で発生する位相差をより効果的に低減できる。

また、上記実施形態では、合成支持板１８５を含む第２偏光フィルタ３１ｃを垂直配向
型の液晶ライトバルブ３１に組み込む場合について説明したが、同様の合成支持板１８５
を含む第２偏光フィルタ３１ｃ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、上記実施形態において、合成支持板１８５を、偏光膜８１ではなく光学補償用の位
相差フィルムの支持体として、垂直配向型やＴＮ型等の各種液晶ライトバルブ中に組み込
むことができる。なお、合成支持板１８５を位相差フィルムの支持体とする場合、合成支
持板１８５を光軸に垂直な状態から所定角だけ傾斜した状態に配置することで、位相差フ
ィルムを合成支持板１８５同様に傾斜した状態に保持することができる。

また、上記実施形態のような合成支持板１８５は、例えば液晶装置３１ａの第１基板７
２ａ及び入射側カバー７４ａ等に置き換えることができる。

また、上記のような合成支持板１８５は、光学補償その他の目的で、プロジェクタ１０
の他の箇所（例えば偏光変換部材２１ｇ、色分離光学系２３、投射レンズ２９等の内部）
に組み込むこともできる。

また、上記第３実施形態及び第４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、偏光フィルタ３３１ｄを介して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、偏光フィルタ３３１ｄを介して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３１，３３１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を用いたプロジェクタ１０，３１
０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。（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。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。シミュレーションの結果を説明するグラフである。図１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。第２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１０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。図１に示す液晶パネルの構造の変形例を説明する側方断面図である。

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，２５ｂ，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
、３１ａ…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…第１基板、７２ｂ…第２基板、７５，７７…電極、７６
，７８…配向膜、７７…透明画素電極、８１…偏光膜、８３…外側支持層、８５
…光学補償板、８５ａ，８５ｂ…入出射平面、８８…第１の平板、８９…第２の平
板、１８５…合成支持板、１８５ａ，１８５ｂ…入出射平面

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無機
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
する正の一軸性の無機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の平板と前記第２の平板とは、光束が当該第１及び第２の平板の間を通過する
際に偏光状態が実質的に影響を受けないような位置関係で、当該第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するように配置され、
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
板の位相差を互いに打ち消すプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板の前記位置関係は、当該第１及び第２の平板を直接接させるこ
と、又は、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のいずれかである
請求項１記載のプロジェクタ。
前記第１及び第２の平板は、接着剤を介して互いに接合される請求項２記載のプロジェ
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から請求項３のいずれ
か一項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。
前記偏光膜は、第１の偏光膜と第２の偏光膜とを含み、
前記第１の平板は、前記第２の平板の光入射側に配置され、
前記第１の偏光膜は、前記第１の平板の光入射端面に接しており、
前記第２の偏光膜は、前記第２の平板の光射出端面に接している請求項５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７のいずれか一項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８記載のプロジェクタ。