JP2009229559A - 光学装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱い性を向上でき、かつ、小型化が図れる光学装置を提供する。
【解決手段】光学装置５は、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の間に空気層Ｌairを介在させた状態で液晶パネル５１および射出側偏光素子５３を一体化する保持部材５５を備える。射出側偏光素子５３は、光束入射側端面５３１Ａ、および光束入射側端面５３１Ａに対して傾斜した射出側傾斜面５３１Ｂを有する第１プリズム５３１と、射出側傾斜面５３１Ｂに設けられ、第１プリズム５３１を介した光束Ｌ１のうち第１の直線偏光光Ｌ１１を透過し偏光方向が第１の直線偏光光Ｌ１１に直交する第２の直線偏光光Ｌ１２を第１プリズム５３１に向けて反射する偏光素子本体５３３とを備える。第１プリズム５３１は、偏光素子本体５３３にて反射された第２の直線偏光光を光束入射側端面５３１Ａおよび空気層Ｌairの境界面にて全反射して液晶パネル５１を避ける方向に射出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学装置、およびプロジェクタに関する。

従来、光源装置と、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタが知られている。
このようなプロジェクタでは、光変調素子（液晶パネル）の光束入射側および光束射出側には、通常、入射光束のうち所定の直線偏光光を透過させ、他の光束を除去する偏光素子が配置される（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプロジェクタでは、液晶パネルの光束射出側に配置される偏光素子（以下、射出側偏光素子）として、反射型の偏光素子が用いられ、射出側偏光素子の耐光性および耐熱性を向上させるとともに、射出側偏光素子にて反射された不要な光束を液晶パネルに入射させない構成としている。
具体的に、射出側偏光素子は、入射光束の光軸に直交する光束入射側端面と光束入射側端面に対して傾斜した傾斜面とを有する断面三角形状のプリズムと、プリズムの傾斜面に設けられる反射型偏光板とを備える。そして、反射型偏光板にて反射された不要な光束は、プリズムの光束入射側端面にて全反射し、液晶パネルを避ける方向に進行する。

国際公開ＷＯ０１／０５５７７８

ところで、プロジェクタに組み込む際等の取り扱い性を考慮すれば、例えば、液晶パネルを射出側偏光素子の光束入射側端面全面に接着剤にて固着し、液晶パネルおよび射出側偏光素子を一体化して光学装置として構成することが好ましい。
そして、上記のように光学装置を構成した場合には、反射型偏光板にて反射された不要な光束は、プリズムの光束入射側端面と接着剤との境界面にて全反射することとなる。ここで、接着剤の屈折率は空気の屈折率よりも大きいので、境界面にて全反射させるためには、液晶パネルおよび射出側偏光素子を一体化しない構成、すなわち、不要な光束がプリズムの光束入射側端面と空気との境界面にて全反射する構成と比較して、境界面への入射角を大きく設定する必要がある。また、境界面への入射角と、プリズムの光束入射側端面および傾斜面のなす傾斜角度とは、相関関係があるものである。すなわち、上記のように光学装置を構成した場合には、境界面への入射角を大きく、言い換えれば、傾斜角度を大きく設定する必要があり、入射光束の光軸方向の長さ寸法が比較的に大きくなり、小型化が図れない、という問題がある。

本発明の目的は、取り扱い性を向上でき、かつ、小型化が図れる光学装置、およびプロジェクタを提供することにある。

本発明の光学装置は、光源から射出される光束の光路上に配置される光学素子と、前記光学素子の光束射出側に配設される偏光素子とを備えた光学装置であって、前記光学素子および前記偏光素子の間に空気層を介在させた状態で前記光学素子および前記偏光素子を一体化する保持部材を備え、前記偏光素子は、前記光学素子から射出された光束を入射する光束入射側端面、および前記光束入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する第１プリズムと、前記射出側傾斜面に設けられ、前記第１プリズムを介した光束のうち第１の直線偏光光を透過し偏光方向が前記第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を反射する偏光素子本体とを備え、前記第１プリズムは、前記偏光素子本体にて反射された前記第２の直線偏光光を前記光束入射側端面および前記空気層の境界面にて全反射して前記光学素子を避ける方向に射出することを特徴とする。

本発明では、光学装置は、光変調素子等の光学素子と、第１プリズムおよび偏光素子本体を有する射出側偏光素子と、光学素子および射出側偏光素子を一体化する保持部材とを備える。このことにより、保持部材にて光学素子および射出側偏光素子が一体化された光学装置として構成されるため、プロジェクタに組み込む際等の取り扱い性を向上できる。
また、保持部材は、光学素子および射出側偏光素子の間に空気層を介在させた状態で一体化する。このことにより、偏光素子本体にて反射した第２の直線偏光光（不要な光束）は、第１プリズムの光束入射側端面と空気層との境界面にて全反射することとなる。このため、例えば、光学素子を第１プリズムの光束入射側端面全面に接着剤にて固着し光学素子および射出側偏光素子を一体化した構成、すなわち、不要な光束が第１プリズムの光束入射側端面と接着剤との境界面にて全反射する構成と比較して、境界面への入射角を小さく、言い換えれば、射出側偏光素子において光束入射側端面と射出側傾斜面とのなす傾斜角度を小さく設定できる。したがって、射出側偏光素子における入射光束の光軸方向の長さ寸法を小さくでき、光学装置を小型化できる。

本発明の光学装置では、前記偏光素子は、前記光束入射側端面に平行し前記偏光素子本体を透過した前記第１の直線偏光光を射出する光束射出側端面、および前記光束射出側端面に対して傾斜し前記射出側傾斜面に対向する入射側傾斜面を有し、前記第１プリズムと一体化される第２プリズムを備えることが好ましい。
本発明では、偏光素子は、第１プリズムにおける光束入射側端面に平行する光束射出側端面を有する第２プリズムを備える。このことにより、光束入射側端面と光束射出側端面とが平行しているため、偏光素子への入射光束と、偏光素子を透過した第１の直線偏光光との進行方向を略同一に設定できる。このため、光学素子の光路前段に配設される光学部品や、射出側偏光素子の光路後段に配設される光学部品と組み合わせて使用する場合に、光学系を容易に構成でき、すなわち、光路前段や後段に配設される光学部品をも一体化して光学装置として構成でき、取り扱い性をさらに向上できる。

本発明の光学装置では、前記保持部材は、前記光学素子および前記第１プリズムの少なくともいずれか一方に一体形成され、他方の部材に向けて突出する突出部で構成されていることが好ましい。
本発明では、保持部材は、光学素子および第１プリズムの少なくともいずれか一方に一体形成された突出部で構成されているので、例えば、保持部材が光学素子および第１プリズムとは別体とされた構成と比較して、突出部が他方の部材に当接するように光学素子および第１プリズムを組み合わせ、突出部と他方の部材とを接着剤等にて固着すれば、光学装置を容易に組み立てることができる。また、光学装置の部品点数も削減できるため、光学装置の小型化がさらに図れる。

本発明の光学装置では、前記突出部は、当該光学装置の光透過領域を囲む枠状に形成されていることが好ましい。
本発明では、突出部は、例えば、光変調素子の画像形成領域等の光透過領域を囲む枠状に形成されているので、光学素子および射出側偏光素子の部材間を、空気層を有する密閉空間とすることができる。このため、密閉空間内部に塵埃等が侵入することを防止でき、すなわち、光学素子や射出側偏光素子に塵埃が付着することを防止できる。

本発明の光学装置では、前記光学素子は、互いに対向する駆動基板および対向基板と、前記駆動基板および前記対向基板間に封入される液晶とを備え、入射光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子で構成され、前記保持部材は、前記光変調素子の画像形成領域を囲む枠状に形成されていることが好ましい。
本発明では、光学素子は、光変調素子で構成されている。また、保持部材は、光変調素子の画像形成領域を囲む枠状に形成されている。このことにより、光変調素子および射出側偏光素子の部材間を、空気層を有する密閉空間とすることができる。このため、密閉空間内部に塵埃等が侵入することを防止でき、すなわち、光変調素子や射出側偏光素子に塵埃が付着することを防止できる。したがって、光変調素子の光束射出側に、塵埃が付着しても該塵埃をフォーカス位置からずらし、塵埃が画像光に影となって入り込むことを防止するための防塵ガラスを取り付ける必要がなく、光学装置の構成の簡素化が図れ、小型化がさらに一層図れる。

本発明のプロジェクタは、光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、上述した光学装置を備えることを特徴とする。
本発明では、プロジェクタは、上述した光学装置を備えるので、上述した光学装置と同様の作用および効果を享受できる。

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの主な構成〕
図１は、第１実施形態におけるプロジェクタ１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、形成した画像光をスクリーン（図示略）上に拡大投射する。このプロジェクタ１は、図１に示すように、光学ユニット３と、投射光学装置としての投射レンズ４と、光学ユニット３および投射レンズ４を収納し外装を構成する外装筐体２とで大略構成されている。
なお、具体的な図示は省略したが、外装筐体２内において、光学ユニット３および投射レンズ４以外の空間には、プロジェクタ１内部を冷却する冷却ファン等を備えた冷却ユニット、プロジェクタ１の各構成部材に電力を供給する電源装置、プロジェクタ１の各構成部材の動作を制御する制御装置等が配置されるものとする。

光学ユニット３は、前記制御装置による制御の下、光源装置３１から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成する。この光学ユニット３は、光源装置３１と、照明光学装置３２と、色分離光学装置３３と、リレー光学装置３４と、光学装置５と、これら各光学部品３１〜３４，５を内部に設定された照明光軸Ａｘに対する所定位置に配置する光学部品用筐体３５とを備える。
光源装置３１は、図１に示すように、光源ランプ３１１およびリフレクタ３１２等を備える。そして、光源装置３１は、光源ランプ３１１から射出された光束がリフレクタ３１２によって射出方向が揃えられ、照明光学装置３２に向けて光束を射出する。

照明光学装置３２は、図１に示すように、第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備える。そして、光源装置３１から射出された光束は、第１レンズアレイ３２１によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ３２２の近傍で結像する。第２レンズアレイ３２２から射出された各部分光束は、その中心軸（主光線）が偏光変換素子３２３の入射面に垂直となるように入射し、偏光変換素子３２３にて略１種類の直線偏光光として射出される。偏光変換素子３２３から直線偏光光として射出され、重畳レンズ３２４を介した複数の部分光束は、光学装置５の後述する３枚の液晶パネル５１上で重畳する。

色分離光学装置３３は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー３３１，３３２、および反射ミラー３３３を備え、これらのダイクロイックミラー３３１，３３２、反射ミラー３３３により照明光学装置３２から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。
リレー光学装置３４は、図１に示すように、入射側レンズ３４１、リレーレンズ３４３、および反射ミラー３４２，３４４を備え、色分離光学装置３３で分離された色光、例えば、赤色光を光学装置５の後述する赤色光側の液晶パネル５１Ｒまで導く機能を有する。

光学装置５は、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する。
なお、光学装置５の具体的な構成については、後述する。
投射レンズ４は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学装置５から射出された画像光をスクリーン上に拡大投射する。

〔光学装置の構成〕
図２は、光学装置５の構成を模式的に示す分解斜視図である。
なお、図２では、光学装置５において、Ｇ色光側のみを図示しているが、Ｒ，Ｂ色光側もＧ色光側と同様の構成を有しているものとする。
光学装置５は、図１または図２に示すように、光変調素子（光学素子）としての液晶パネル５１（赤色光側の液晶パネルを５１Ｒ、緑色光側の液晶パネルを５１Ｇ、青色光側の液晶パネルを５１Ｂとする）と、各液晶パネル５１の光路前段側に配置される入射側偏光素子５２と、各液晶パネル５１の光路後段に配置される射出側偏光素子５３と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム５４とを備える。
なお、以下では、光束入射側から順に各光学部品５１〜５４の構成を説明する。

入射側偏光素子５２は、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光方向と略同一の偏光方向の直線偏光光のみ透過する。本実施形態では、入射側偏光素子５２は、後述する偏光素子本体５３３と同様に、反射型偏光子で構成されている。
液晶パネル５１は、図２に示すように、ガラスなどからなる平面視矩形状の一対の基板５１１，５１２に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有している。このうち、基板５１１は、液晶を駆動するための駆動基板であり、互いに平行に配列形成される複数のデータ線と、複数のデータ線と直行する方向に配列形成される複数の走査線と、走査線およびデータ線の交差に対応してマトリクス状に配列形成される画素電極と、ＴＦＴ(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子と、スイッチング素子を駆動する駆動部とを有している。また、基板５１２は、基板５１１に対して所定間隔を空けて対向配置される対向基板であり、所定の電圧Ｖcomが印加される共通電極を有している。また、これら基板５１１，５１２には、前記制御装置と電気的に接続し、前記走査線、前記データ線、前記スイッチング素子、および前記共通電極等に所定の駆動信号を出力する回路基板としてのＦＰＣケーブル５１３が接続されている。このＦＰＣケーブル５１３を介して前記制御装置から駆動信号を入力することで、所定の前記画素電極および前記共通電極の間に電圧が印加され、該画素電極および共通電極間に介在する液晶の配向状態が制御され、入射側偏光素子５２から射出された偏光光束の偏光方向が変調される。

射出側偏光素子５３は、液晶パネル５１を介して射出された光束のうち、入射側偏光素子５２の透過軸に直交する偏光方向の第１の直線偏光光のみ透過する。この射出側偏光素子５３は、図２に示すように、第１プリズム５３１と、第２プリズム５３２と、偏光素子本体５３３とを備える。

第１プリズム５３１は、断面略直角三角形状を有する三角柱プリズムで構成され、光束入射側端面５３１Ａが照明光軸Ａｘに対して直交し、断面略直角三角形状の斜辺に相当する射出側傾斜面５３１Ｂが光束射出側に位置し照明光軸Ａｘに直交する平面（光束入射側端面５３１Ａ）に対して傾斜した状態で配設される。
この第１プリズム５３１において、光束入射側端面５３１Ａには、保持部材としての突出部５５が一体形成されている。
この突出部５５は、液晶パネル５１の画像形成領域Ａｒ（光透過領域）を囲む矩形枠状に形成され、入射側に向けて突出する突出部で構成されている。

第２プリズム５３２は、第１プリズム５３１において、突出部５５が省略された形状と同一の断面直角三角形状を有する三角柱プリズムで構成されている。また、第２プリズム５３２は、第１プリズム５３１と同一の屈折率を有している。そして、第２プリズム５３２は、光束射出側端面５３２Ａが照明光軸Ａｘに対して直交し、断面直角三角形状の斜辺に相当する入射側傾斜面５３２Ｂが光束入射側に位置し射出側傾斜面５３１Ｂに平行した状態で配設される。

偏光素子本体５３３は、射出側傾斜面５３１Ｂおよび入射側傾斜面５３２Ｂの間に介装され、第１の直線偏光光を透過し、偏光方向が第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成されている。本実施形態では、偏光素子本体５３３は、具体的な図示は省略したが、入射側傾斜面５３２Ｂの表面にアルミニウム等の微細な線状リブが多数平行に形成された構成を有している。そして、偏光素子本体５３３は、線状リブが延出している方向に、垂直な偏光方向の直線偏光光（第１の直線偏光光）を透過し、平行な偏光方向の直線偏光光（第２の直線偏光光）を反射する。
そして、射出側偏光素子５３は、図２に示すように、各部材５３１〜５３３が互いに密着した状態で一体化され、略直方体形状を有する。
なお、射出側偏光素子５３から射出される光束（第１の直線偏光光および第２の直線偏光光）の光路については、後述する。

クロスダイクロイックプリズム５４は、各射出側偏光素子５３を透過した各色光を合成して画像光（カラー画像）を形成する。このクロスダイクロイックプリズム５４は、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、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、液晶パネル５１Ｇから射出され射出側偏光素子５３を透過したＧ色光を透過し、各液晶パネル５１Ｒ，５１Ｂから射出され各射出側偏光素子５３を透過したＲ，Ｂ色光を反射する。このようにして、各色光が合成されてカラー画像が形成される。

そして、上述した各部材５１〜５４は、以下に示すように、一体化される。
すなわち、射出側偏光素子５３は、光束射出側端面５３２Ａがクロスダイクロイックプリズム５４の光束入射側端面５４Ａに接着剤等により固着される。
また、液晶パネル５１は、駆動基板５１１が射出側偏光素子５３における光束入射側端面５３１Ａに形成された突出部５５の先端部分に接着剤等により固着される。この状態では、液晶パネル５１は、射出側偏光素子５３に対して、駆動基板５１１の光束射出側端面と第１プリズム５３１の光束入射側端面５３１Ａとが突出部５５の突出寸法分だけ互いに離間し、空気層Ｌair（図３参照）が介在した状態で固定される。また、突出部５５は、枠状に形成されているため、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の間は、内部に空気層Ｌairを有する密閉空間とされる。
さらに、入射側偏光素子５２は、対向基板５１２に接着剤等により固着される。

〔射出側偏光素子から射出される光束の光路〕
図３は、射出側偏光素子５３から射出される光束の光路を模式的に示す図である。具体的に、図３は、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の縦断面図である。
なお、以下では、説明を簡略化するために、液晶パネル５１を介した光束Ｌ１は、照明光軸Ａｘに平行する方向に、すなわち、光束入射側端面５３１Ａに対して直交する方向に進行するものとする。
光束Ｌ１は、空気層Ｌairを介して第１プリズム５３１に導入され、偏光素子本体５３３にて第１の直線偏光光Ｌ１１および第２の直線偏光光Ｌ１２に分離される。

第１の直線偏光光Ｌ１１は、偏光素子本体５３３を透過し、第２プリズム５３２を介して射出され、クロスダイクロイックプリズム５４に導入される。この際、第１の直線偏光光Ｌ１１は、光束Ｌ１の進行方向と略同一方向に進行する。
一方、第２の直線偏光光Ｌ１２は、偏光素子本体５３３にて光束入射側に反射され、光束入射側端面５３１Ａおよび空気層Ｌairの境界面に入射する。そして、第２の直線偏光光Ｌ１２は、光束入射側端面５３１Ａおよび空気層Ｌairの境界面にて全反射し、第１プリズム５３１における光束入射側端面５３１Ａおよび射出側傾斜面５３１Ｂに交差する端面５３１Ｃから射出される。すなわち、第２の直線偏光光Ｌ１２は、液晶パネル５１を避ける方向（本実施形態では、上方向）に射出される。なお、具体的な図示は省略したが、端面５３１Ｃには、第２の直線偏光光Ｌ１２の反射を防止するための反射防止膜が形成されている。

本実施形態では、第１プリズム５３１は、偏光素子本体５３３にて反射した第２の直線偏光光Ｌ１２を光束入射側端面５３１Ａおよび空気層Ｌairの境界面にて全反射させるために、以下に示すような形状に設定されている。
例えば、屈折率ｎ_１の第１の媒質から屈折率ｎ_２の第２の媒質に向かう光束が第１の媒質および第２の媒質の境界面に入射角θで入射し、前記境界面にて全反射するための条件は、以下の式（１）で示される。

〔数１〕
ｎ_１sinθ≧ｎ_２sin９０° ・・・ （１）

本実施形態では、第１の媒質が第１プリズム５３１であり、第２の媒質が空気層Ｌair（屈折率ｎ_２は１）に相当する。このため、第２の直線偏光光Ｌ１２が光束入射側端面５３１Ａおよび空気層Ｌairの境界面に入射角θ_１で入射し全反射するための条件は、式（１）から以下の式（２）で示される。

〔数２〕
ｎ_１sinθ_１≧１ ・・・ （２）

ここで、本実施形態では、光束Ｌ１が照明光軸Ａｘに平行する方向に進行するものとし、光束入射側端面５３１Ａが照明光軸Ａｘに直交するように配設されているため、入射角θ_１は、光束入射側端面５３１Ａと射出側傾斜面５３１Ｂとのなす傾斜角度をθ_０とした場合に、２θ_０の角度となる。
したがって、第１プリズム５３１は、式（２）から、傾斜角度θ_０が以下の式（３）を満たすように形成されている。

〔数３〕
θ_０≧{sin^−１（１／ｎ_１）}／２ ・・・ （３）

上述した第１実施形態においては、以下の効果がある。
本実施形態では、光学装置５は、液晶パネル５１と、第１プリズム５３１および偏光素子本体５３３を有する射出側偏光素子５３と、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３を一体化する突出部５５とを備える。このことにより、突出部５５にて液晶パネル５１および射出側偏光素子５３が一体化された光学装置５として構成されるため、プロジェクタ１に組み込む際等の取り扱い性を向上できる。

図４は、第１実施形態の効果を説明するための図である。具体的に、図４は、図３に対応した図であり、本実施形態とは異なり、突出部５５が省略され、空気層Ｌairが介在することなく液晶パネル５１が接着剤Ｌadにて入射側プリズム５３１´における光束入射側端面５３１Ａ´全面に固着された構成を示している。
例えば、図４に示す構成では、式（１）において、第１の媒質が第１プリズム５３１´であり、第２の媒質が接着剤Ｌadに相当する。そして、図４の構成でも本実施形態と同様に、第２の直線偏光光Ｌ１２が光束入射側端面５３１Ａ´および接着剤Ｌadの境界面に入射する入射角θ_１´は、光束入射側端面５３１Ａ´と射出側傾斜面５３１Ｂ´とのなす傾斜角度をθ_０´とした場合に、２θ_０´の角度となる。
このため、第１プリズム５３１´は、式（１）から、傾斜角度θ_０´が以下の式（４）を満たすように形成される。

〔数４〕
θ_０´≧{sin^−１（ｎ_２／ｎ_１）}／２ ・・・ （４）

ここで、第１プリズム５３１´の屈折率ｎ_１を一般的なガラスの屈折率1.7とし、接着剤Ｌadの屈折率ｎ_２を1.4とした場合には、式（４）から、傾斜角度θ_０´は、略27.7°以上となる。

一方、本実施形態では、突出部５５は、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の間に空気層Ｌairを介在させた状態で一体化する。このことにより、偏光素子本体５３３にて反射した第２の直線偏光光Ｌ１２（不要な光束）は、射出側偏光素子５３の光束入射側端面５３１Ａと空気層Ｌairとの境界面にて全反射することとなる。そして、例えば、第１プリズム５３１の屈折率ｎ_１を図４の構成の第１プリズム５３１´の屈折率と同じ1.7とした場合に、式（３）から、傾斜角度θ_０は、略18.0°以上となる。すなわち、図４の構成と比較して、傾斜角度θ_０を小さく設定でき、照明光軸Ａｘに沿う第１プリズム５３１の長さ寸法を小さくできる。また、射出側プリズム５３２，５３２´も、入射側プリズム５３１，５３１´と同様の形状としているため、図４の構成での光束入射側端面５３１Ａ´〜光束射出側端面５３２Ｂ´間の長さ寸法と比較して、光束入射側端面５３１Ａ〜光束射出側端面５３２Ｂ間の長さ寸法を小さくでき、射出側偏光素子５３全体における照明光軸Ａｘに沿う長さ寸法を小さくでき、光学装置５を小型化できる。

また、射出側偏光素子５３は、第１プリズム５３１における光束入射側端面５３１Ａに平行する光束射出側端面５３２Ａを有する第２プリズム５３２を備える。このことにより、光束入射側端面５３１Ａと光束射出側端面５３２Ａとが平行しているため、射出側偏光素子５３への入射光束Ｌ１と、射出側偏光素子５３を透過した第１の直線偏光光Ｌ１１との進行方向を略同一に設定できる。このため、液晶パネル５１の光路前段に配設される入射側偏光素子５２や、射出側偏光素子５３の光路後段に配設されるクロスダイクロイックプリズム５４と組み合わせて使用する場合に、光学系を容易に構成でき、すなわち、各光学部品５２，５４をも一体化して光学装置５として構成でき、取り扱い性をさらに向上できる。

さらに、互いに固着される液晶パネル５１、射出側偏光素子５３、およびクロスダイクロイックプリズム５４として、ガラスなどの略同一の線膨張係数を有する材料を選択できるため、各部材５１，５３，５４間の熱膨張変形を略同程度に収めることができる。したがって、線膨張係数の違いにより発生する熱応力を緩和し、各液晶パネル５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂの相互位置のずれを防止でき、画素ずれを回避できる。

また、突出部５５は、第１プリズム５３１に一体形成されているので、例えば、保持部材が液晶パネル５１および第１プリズム５３１とは別体とされた構成と比較して、突出部５５が液晶パネル５１に当接するように液晶パネル５１および第１プリズム５３１を組み合わせ、突出部５５と液晶パネル５１とを接着剤等にて固着すれば、光学装置５を容易に組み立てることができる。また、光学装置５の部品点数も削減できるため、光学装置５の小型化がさらに図れる。

さらに、突出部５５は、液晶パネル５１の画像形成領域Ａｒを囲む矩形枠状に形成されている。このことにより、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の間を、空気層Ｌairを有する密閉空間とすることができる。このため、密閉空間内部に塵埃等が侵入することを防止でき、すなわち、液晶パネル５１や射出側偏光素子５３に塵埃が付着することを防止できる。したがって、液晶パネル５１の光束射出側に、塵埃が付着しても該塵埃をフォーカス位置からずらし、塵埃が投影画像に影となって表示されることを防止するための防塵ガラスを取り付ける必要がなく、光学装置５の構成の簡素化が図れ、小型化がさらに一層図れる。また、液晶パネル５１の光束入射側端面に入射側偏光素子５２が固着されているため、液晶パネル５１の光束入射側にも前記防塵ガラスを取り付ける必要がない。

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
図５は、第２実施形態における液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の構成を模式的に示す図である。具体的に、図５は、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の縦断面図である。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３を一体化する保持部材としての突出部５５を液晶パネル５１に設けた点が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。

すなわち、液晶パネル５１を構成する駆動基板５１１において、光束射出側端面には、図５に示すように、保持部材としての突出部５５が一体形成されている。
この突出部５５は、具体的な図示は省略したが、前記第１実施形態で説明した突出部５５と同様に、液晶パネル５１の画像形成領域Ａｒを囲む矩形枠状に形成されている。
また、第１プリズム５３１の光束入射側端面５３１Ａは、図５に示すように、前記第１実施形態で説明した突出部５５が省略され、平面状に形成されている。
そして、液晶パネル５１は、突出部５５の先端部分が射出側偏光素子５３における光束入射側端面５３１Ａに接着剤等により固着される。この状態では、前記第１実施形態と同様に、液晶パネル５１は、射出側偏光素子５３に対して、駆動基板５１１の光束射出側端面と第１プリズム５３１の光束入射側端面５３１Ａとが突出部５５の突出寸法分だけ互いに離間し、空気層Ｌairが介在した状態で固定される。また、突出部５５は、枠状に形成されているため、液晶パネル５１および射出側偏光素子５３の間は、内部に空気層Ｌairを有する密閉空間とされる。

上述した第２実施形態によれば、突出部５５を液晶パネル５１に一体形成した場合であっても、前記第１実施形態と同様の効果を享受できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、各光学部品５１〜５４を一体化して光学装置５を構成していたが、これに限らず、少なくとも液晶パネル５１と射出側偏光素子５３とが一体化された構成であれば、他の光学部品５２，５４が一体化されていない構成としても構わない。

前記各実施形態では、保持部材としての突出部５５を射出側偏光素子５３や液晶パネル５１に一体形成していたが、これに限らず、射出側偏光素子５３や液晶パネル５１とは別体で構成しても構わない。また、突出部５５を射出側偏光素子５３および液晶パネル５１の双方に形成し、先端部分同士を接着剤等にて固着する構成としても構わない。
前記各実施形態では、突出部５５を枠状に形成していたが、これに限らず、その他の形状で形成しても構わない。

前記各実施形態では、偏光素子として射出側偏光素子５３を採用していたが、これに限らず、入射側偏光素子５２を射出側偏光素子５３と同様の構成とし、入射側偏光素子５２の光路前段に配設される光学素子と入射側偏光素子５２とを一体化する構成としても構わない。
前記各実施形態では、光学素子として液晶パネル５１を採用していたが、これに限らず、その他の光学素子、例えば、位相差板、視野角補償板（透光性基板上にＷＶフィルム（富士写真フィルム社製）等の光学補償フィルムが貼付された構成）、水晶、サファイア等の熱伝導率の比較的に高い透光性基板等を採用しても構わない。

前記各実施形態において、射出側偏光素子５３は、第１プリズム５３１および偏光素子本体５３３の他、第２プリズム５３２を備えていたが、これに限らず、第２プリズム５３２を省略した構成としても構わない。
前記各実施形態では、第１プリズム５３１および第２プリズム５３２は、略同一の形状および同一の屈折率を有する構成としていたが、これに限らず、異なる形状および異なる屈折率を有する構成としても構わない。
例えば、第１プリズム５３１のみを、光束入射側端面５３１Ａおよび射出側傾斜面５３１Ｂの境界面にて全反射した第２の直線偏光光Ｌ１２が端面５３１Ｃに直交して入射する形状としても構わない。
前記各実施形態において、第２の直線偏光光Ｌ１２が上方向に射出されるように射出側傾斜面５３１Ｂが光束射出側に位置し照明光軸Ａｘに直交する平面（光束入射側端面５３１Ａ）に対して傾斜した状態で配設されていたが、これに限らず、液晶パネル５１を避ける方向であれば、射出側傾斜面５３１Ｂの傾斜方向は上下左右どの方向でもよい。

前記各実施形態において、偏光素子本体５３３の構成は、前記各実施形態で説明した構成に限らず、反射型偏光子であれば、いずれの構成でも構わない。
例えば、偏光素子本体５３３として、誘電体多層膜によって形成される偏光分離素子、液晶材料などの屈折率異方性（複屈折性）を有する有機材料を層状に積層させた高分子系の層状偏光板、偏りのない光を右回りの円偏光と左回りの円偏光とに分離する円偏光反射板とλ／４位相差板を組み合わせた光学素子、ブリュースター角を利用して反射偏光光と透過偏光光とに分離する光学素子、あるいは、ホログラムを利用したホログラム光学素子等を採用しても構わない。
前記各実施形態では、液晶パネル５１を３つ設けた三板式のプロジェクタ１の例を挙げたが、これに限らず、液晶パネル５１を１つのみ設けた構成、液晶パネル５１を２つ設けた構成、あるいは、液晶パネル５１を４つ以上設けた構成としても構わない。
前記各実施形態では、フロント投射型のプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを備え、該スクリーンの裏面側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

本発明は、取り扱い性を向上でき、かつ、小型化が図れるため、プレゼンテーションやホームシアタに用いられるプロジェクタに利用できる。

第１実施形態におけるプロジェクタの概略構成を模式的に示す図。 前記実施形態における光学装置の構成を模式的に示す分解斜視図。 前記実施形態における射出側偏光素子から射出される光束の光路を模式的に示す図。 前記実施形態の効果を説明するための図。 第２実施形態における液晶パネルおよび射出側偏光素子の構成を模式的に示す図。

符号の説明

１・・・プロジェクタ、４・・・投射レンズ（投射光学装置）、５・・・光学装置、３１・・・光源装置、５１・・・液晶パネル（光変調素子、光学素子）、５３・・・射出側偏光素子、５５・・・突出部（保持部材）、５１１・・・駆動基板、５１２・・・対向基板、５３１・・・第１プリズム、５３１Ａ・・・光束入射側端面、５３１Ｂ・・・射出側傾斜面、５３２・・・第２プリズム、５３２Ａ・・・光束射出側端面、５３２Ｂ・・・入射側傾斜面、５３３・・・偏光素子本体、Ｌ１１・・・第１の直線偏光光、Ｌ１２・・・第２の直線偏光光、Ｌair・・・空気層。

Claims (6)

1. 光源から射出される光束の光路上に配置される光学素子と、前記光学素子の光束射出側に配設される偏光素子とを備えた光学装置であって、
   前記光学素子および前記偏光素子の間に空気層を介在させた状態で前記光学素子および前記偏光素子を一体化する保持部材を備え、
   前記偏光素子は、
   前記光学素子から射出された光束を入射する光束入射側端面、および前記光束入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する第１プリズムと、
   前記射出側傾斜面に設けられ、前記第１プリズムを介した光束のうち第１の直線偏光光を透過し偏光方向が前記第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を前記第１プリズムに向けて反射する偏光素子本体とを備え、
   前記第１プリズムは、前記偏光素子本体にて反射された前記第２の直線偏光光を前記光束入射側端面および前記空気層の境界面にて全反射して前記光学素子を避ける方向に射出する
   ことを特徴とする光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置において、
   前記偏光素子は、
   前記光束入射側端面に平行し前記偏光素子本体を透過した前記第１の直線偏光光を射出する光束射出側端面、および前記光束射出側端面に対して傾斜し前記射出側傾斜面に対向する入射側傾斜面を有し、前記第１プリズムと一体化される第２プリズムを備える
   ことを特徴とする光学装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光学装置において、
   前記保持部材は、
   前記光学素子および前記第１プリズムの少なくともいずれか一方に一体形成され、他方の部材に向けて突出する突出部で構成されている
   ことを特徴とする光学装置。
4. 請求項３に記載の光学装置において、
   前記突出部は、
   当該光学装置の光透過領域を囲む枠状に形成されている
   ことを特徴とする光学装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学装置において、
   前記光学素子は、
   互いに対向する駆動基板および対向基板と、前記駆動基板および前記対向基板間に封入される液晶とを備え、入射光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子で構成され、
   前記保持部材は、
   前記光変調素子の画像形成領域を囲む枠状に形成されている
   ことを特徴とする光学装置。
6. 光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載の光学装置を備える
   ことを特徴とするプロジェクタ。

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