JP2009229914A - 光学装置、およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】色合成光学装置にて合成される各色光の利用効率を向上させることができる光学装置の提供。
【解決手段】光学装置５は、３つの射出側偏光素子５４を備える。各射出側偏光素子５４は、略長方形状の光束入射側端面５４１Ａ、および射出側傾斜面５４１Ｂを有する三角柱状の第１プリズム５４１と、第１プリズム５４１と略同一の形状とされるとともに、光束射出側端面５４２Ａ、および入射側傾斜面５４２Ｂを有する第２プリズムと、射出側傾斜面５４１Ｂに設けられる偏光素子本体５４３とを備える。射出側傾斜面５４１Ｂは、光束入射側端面５４１Ａにおける長辺に対して平行な２辺を有し、一方の辺が光束入射側端面５４１Ａ内に含まれるとともに、他方の辺が光束入射側端面５４１Ａから離間した状態で光束入射側端面５４１Ａに対して傾斜している。
【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を複数の色光に分離する色分離光学装置と、複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する３つの液晶パネル（光変調装置）と、各液晶パネルにて変調された光を合成して画像光を形成するクロスダイクロイックプリズム（色合成光学装置）とを備える光学装置、およびこの光学装置を備えるプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなプロジェクタでは、入射光束のうち所定の偏光方向を有する光束を透過させ、この所定の偏光方向を有する光束に直交する偏光方向を有する光束を除去する偏光素子が液晶パネルの光束入射側および光束射出側に配置される（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２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（第１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（偏光素子本体）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。

特開２００３−１２１９３１号公報 国際公開ＷＯ０１／０５５７７８

ここで、射出側偏光素子における傾斜面の光束入射側端面に対する傾斜角は、反射型偏光板にて反射された光束を光束入射側端面にて全反射させることができる傾斜角に設定される。
また、液晶パネルにおける画像形成領域は、例えば、テレビ放送などで用いられている４：３や、ハイビジョン放送などで用いられている１６：９などのアスペクト比（長辺、および短辺の比）に対応したアスペクト比の領域とされている。このため、射出側偏光素子における光束入射側端面の形状も液晶パネルにおける画像形成領域のアスペクト比に対応した形状とされているのが一般的である。
したがって、傾斜角が同じであれば、第１プリズムにおける光束入射側端面、および傾斜面の状態によって、射出側偏光素子の光束入射側端面、および光束射出側端面の間の幅が異なってくるという問題がある。

本発明の目的は、偏光素子を小型化することができ、装置全体の小型化を図ることができる光学装置、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、複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、前記各光変調装置の光路後段側にそれぞれ配設される複数の偏光素子と、前記各偏光素子を介した各色光を合成して画像光を形成する色合成光学装置とを備える光学装置であって、前記偏光素子は、前記光変調装置から射出された光束を入射する略長方形状の光束入射側端面、および前記入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する三角柱状の第１プリズムと、前記光束入射側端面に平行し、前記第１プリズムを介した光束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する第２プリズムと、前記射出側傾斜面と前記入射側傾斜面の間に介装され、前記第１プリズムを介した光束のうち所定の偏光方向を有する光束を透過し、前記所定の偏光方向に直交する偏光方向を有する光束を前記第１プリズムに向けて反射する偏光素子本体とを備え、前記射出側傾斜面は、前記光束入射側端面における長辺に対して平行な辺を有するように形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、偏光素子は、略長方形状の光束入射側端面、および射出側傾斜面を有する三角柱状の第１プリズムと、第１プリズムと略同一の形状とされるとともに、光束射出側端面、および入射側傾斜面を有する第２プリズムとを備えている。そして、射出側傾斜面は、光束入射側端面における長辺に対して平行な辺を有するように形成されている。したがって、射出側傾斜面の光束入射側端面に対する傾斜角が同じであれば、射出側傾斜面を、光束入射側端面における短辺に対して平行な辺を有するように形成した場合と比較して、光束入射側端面、および光束射出側端面の間の幅を小さくすることができる。したがって、偏光素子を小型化することができ、光学装置全体の小型化を図ることができる。

また、反射型偏光素子は、入射光束のうち所定の偏光方向を有する光束を透過させ、この所定の偏光方向を有する光束に直交する偏光方向を有する光束を吸収することで除去する吸収型偏光素子と比較して発熱が小さいので、偏光素子の熱の光変調装置、および色合成光学装置への影響を低減させることができる。したがって、光学装置の長寿命化を図ることができる。

本発明では、前記各光束射出側端面、および前記色合成光学装置は、接着されていることが好ましい。

ここで、各偏光素子、および色合成光学装置を固定するに際して、例えば、金属製の部材等を用いて固定すると、各偏光素子、金属製の部材、および色合成光学装置の熱膨張率の違いにより、各偏光素子と、色合成光学装置との間に位置ずれが生じ、ひいては画像光において画素ずれが生じる場合がある。
本発明によれば、各偏光素子は、第１プリズムと、色合成光学装置に接着される光束射出側端面を有する第２プリズムを備え、第１プリズム、および第２プリズムは、色合成光学装置と同程度の熱膨張率を有する材質とすることができるので、各偏光素子と、色合成光学装置との間に位置ずれを生じにくくすることができ、ひいては画像光において画素ずれを生じにくくすることができる。

本発明では、前記光変調装置は、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、前記各光束入射側端面、および前記各光変調装置は、接着されていることが好ましい。

このような構成によれば、各偏光素子の光束入射側端面、および各光変調装置は、接着されているので、光変調装置および偏光素子の部材間を密閉空間とすることができ、光変調装置や偏光素子に塵埃が付着することを防止することができる。したがって、光変調装置の光束射出側に、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、光学装置をさらに小型化することができる。

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を複数の色光に分離する色分離光学装置と、前述した光学装置と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えることを特徴とする。
このような構成によれば、プロジェクタは、前述した光学装置を備えるので、前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、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Ａ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。なお、光源ランプ３１１には、緑色光の波長域にスペクトルのピークを有する光源ランプを用いている。

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つの液晶パネル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、緑色光側の各光学部品のみを図示しているが、赤色光側、および青色光側の各光学部品も緑色光側の各光学部品と同様の構成を有しているものとする。
また、図２においては、光学装置５から射出される画像光の射出方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸、およびＹ軸（図２中上下方向）とする。

光学装置５は、図１、または図２に示すように、光変調装置としての３つの液晶パネル５１と、各液晶パネル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）の光路前段側に配置される入射側偏光素子５２（５２Ｒ，５２Ｇ，５２Ｂ）と、赤色光側、および青色光側の入射側偏光素子５２Ｒ，５２Ｂの光路前段側に配置される２つの位相差板５３と、各液晶パネル５１の光路後段側に配置される射出側偏光素子５４（５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ）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５５とを備える。
以下、光束入射側から順に各光学部品５１〜５５の構成を説明する。

各位相差板５３は、透過する直線偏光光の偏光方向を９０°回転させるものである。したがって、赤色光側、および青色光側の入射側偏光素子５２Ｒ，５２Ｂに入射する光束の偏光方向と、緑色光側の入射側偏光素子５２Ｇに入射する光束の偏光方向とは、それぞれ９０°異なっている。
入射側偏光素子５２Ｇ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を透過するものであり、入射側偏光素子５２Ｒ，５２Ｂは、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光方向に直交する偏光方向、すなわち偏光変換素子３２３で揃えられた偏光方向が位相差板にて９０°回転された偏光方向と略同一の偏光方向の直線偏光光を透過するものである。なお、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５４３と同様に、反射型偏光子で構成されている。

各液晶パネル５１は、図２に示すように、ガラス等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交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から射出された光束の偏光方向が変調される。なお、各液晶パネル５１は、緑色光を基準として調整された特性を有している。

偏光素子としての各射出側偏光素子５４は、各液晶パネル５１から射出された光束のうち、光路前段側に配設された入射側偏光素子５２の透過軸に直交する偏光方向の直線偏光光を透過する。また、各射出側偏光素子５４は、図２に示すように、第１プリズム５４１と、第２プリズム５４２と、偏光素子本体５４３とを備える。
第１プリズム５４１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、液晶パネル５１から射出された光束を入射する略長方形状の光束入射側端面５４１Ａ、および断面略直角三角形状の斜辺に相当し、光束入射側端面５４１Ａに対して傾斜した射出側傾斜面５４１Ｂを有している。

第２プリズム５４２は、第１プリズム５４１と同一の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５４２は、第１プリズム５４１の光束入射側端面５４１Ａに平行し、光路前段側に配設された入射側偏光素子５２の透過軸に直交する偏光方向の直線偏光光を射出する光束射出側端面５４２Ａ、および断面直角三角形状の斜辺に相当し、第１プリズム５４１の射出側傾斜面５４１Ｂに対向する入射側傾斜面５４２Ｂを有している。なお、第２プリズム５４２は、第１プリズム５４１と同一の材質とされ、同一の屈折率を有している。

偏光素子本体５４３は、射出側傾斜面５４１Ｂおよび入射側傾斜面５４２Ｂの間に介装され、光路前段側に配設された入射側偏光素子５２の透過軸に直交する偏光方向の直線偏光光を透過し、平行な偏光方向の直線偏光光を反射する反射型偏光素子で構成されている。
そして、各射出側偏光素子５４は、図２に示すように、各部材５４１〜５４３が互いに密着した状態で一体化され、略直方体形状を有している。
なお、各射出側偏光素子５４のクロスダイクロイックプリズム５５に対する配設状態、および各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路については後に詳述する。

クロスダイクロイックプリズム５５は、各射出側偏光素子５４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５５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５５１が形成されている。なお、クロスダイクロイックプリズム５５は、各射出側偏光素子５４を構成する第１プリズム５４１、および第２プリズム５４２と同一の材質とされている。

反射面としての各誘電体多層膜５５１は、射出側偏光素子５４Ｇを透過した緑色光を透過し、各射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂを透過した赤色光、および青色光を反射する（赤色光を反射する誘電体多層膜を５５１Ｒ、青色光を反射する誘電体多層膜を５５１Ｂとする）。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。

ここで、各液晶パネル５１における画像形成領域は、例えば、テレビ放送などで用いられている４：３や、ハイビジョン放送などで用いられている１６：９などのアスペクト比（長辺、および短辺の比）に対応したアスペクト比の領域とされている。本実施形態では、図２に示すように、各液晶パネル５１は、光束入射側、および光束射出側の各端面における長辺がＸ軸方向の両端側に位置し、短辺がＹ軸方向の両端側に位置するように配設されている。
そして、各射出側偏光素子５４における光束入射側端面５４１Ａの形状も各液晶パネル５１における画像形成領域のアスペクト比に対応した形状とされ、光束入射側端面５４１Ａの長辺がＸ軸方向の両端側に位置し、短辺がＹ軸方向の両端側に位置するように配設されている。さらに、射出側傾斜面５４１Ｂは、光束入射側端面５４１Ａにおける長辺に対して平行な辺（Ｘ軸方向における両端側の辺）を有するように形成されている。より具体的に、射出側傾斜面５４１Ｂは、光束入射側端面５４１Ａにおける長辺に対して平行な２辺を有し、一方の辺が光束入射側端面５４１Ａ内に含まれるとともに、他方の辺が光束入射側端面５４１Ａから離間した状態で光束入射側端面５４１Ａに対して傾斜している。

また、上述した各部材５１〜５５は、以下に示すように一体化される。
各射出側偏光素子５４は、図２に示すように、光束射出側端面５４２Ａがクロスダイクロイックプリズム５５における光束入射側の端面５５Ａに接着剤等により固着され、光束入射側端面５４１Ａが液晶パネル５１の駆動基板５１１に接着剤等により固着される。また、各入射側偏光素子５２は、対向基板５１２に接着剤等により固着される。さらに、各位相差板５３は、図１に示すように、入射側偏光素子５２Ｒ，５２Ｂに接着剤等により固着される。
なお、詳しくは後述するが、偏光素子本体５４３によって反射された直線偏光光は、第１プリズム５４１の光束入射側端面５４１Ａにおける全反射作用を利用して各射出側偏光素子５４の外部に射出される。したがって、上述したように接着剤を用いて一体化する場合は、第１プリズム５４１の屈折率に対し十分小さい屈折率の薄膜を光束入射側端面５４１Ａに設けることにより、接着後においても全反射特性を維持可能である。

〔射出側偏光素子の配設状態、および射出側偏光素子の内部における光束の光路〕
図３は、各射出側偏光素子５４の配設状態、および各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路を示す模式図である。
射出側偏光素子５４Ｇの偏光素子本体５４３Ｇは、図３に示すように、液晶パネル５１Ｇの長辺に対して平行な２辺のうち、−Ｘ軸方向側の辺が液晶パネル５１Ｇに近接し、＋Ｘ軸方向側の辺が液晶パネル５１Ｇから離間した状態で液晶パネル５１Ｇに対して傾斜して配設されている。
射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂの偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂは、液晶パネル５１Ｒ，５１Ｂの長辺に対して平行な２辺のうち、＋Ｚ軸方向側の辺が液晶パネル５１Ｒ，５１Ｂに近接し、−Ｚ軸方向側の辺が液晶パネル５１Ｒ，５１Ｂから離間した状態で、それぞれ液晶パネル５１Ｒ，５１Ｂに対して傾斜して配設されている。

ここで、本実施形態では、各偏光素子本体５４３として、所定方向に沿って周期的に形成されたアルミニウム等からなる微細構造素子５４３Ａを備えるワイヤーグリッド型の偏光素子を採用している。そして、偏光素子本体５４３は、微細構造素子５４３Ａが形成される所定方向に直交する偏光方向を有する光束を透過し、平行な偏光方向を有する光束を反射する。
具体的に、偏光素子本体５４３Ｇでは、微細構造素子５４３Ａは、Ｙ軸方向に沿って形成され、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂでは、微細構造素子５４３Ａは、ＸＺ平面に沿って形成されている。

次に、各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路について説明する。
液晶パネル５１Ｇから射出される緑色光ＬＧは、図３に示すように、射出側偏光素子５４Ｇに入射し、偏光素子本体５４３ＧにてＹ軸方向に直交する偏光方向を有する光束ＬＧ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＧ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｇを透過する光束ＬＧ１の偏光方向は、光束ＬＧ１に直交し、かつ、Ｙ軸方向に直交する偏光方向（図３中矢印ＬＧ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＰ偏光となる。

また、偏光素子本体５４３Ｇを反射する光束ＬＧ２の偏光方向は、光束ＬＧ２に直交し、かつ、Ｙ軸方向に平行な偏光方向（図３中矢印ＬＧ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｇの光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となる。
すなわち、射出側偏光素子５４Ｇは、誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＰ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＧ１を透過するように配設されているとともに、偏光素子本体５４３Ｇにて反射される光束ＬＧ２の偏光方向が射出側偏光素子５４Ｇの光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となるように配設されている。

液晶パネル５１Ｒから射出される赤色光ＬＲは、射出側偏光素子５４Ｒに入射し、偏光素子本体５４３ＲにてＸＺ平面に直交する偏光方向を有する光束ＬＲ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＲ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｒを透過する光束ＬＲ１の偏光方向は、光束ＬＲ１に直交し、かつ、ＸＺ平面に直交する偏光方向（図３中矢印ＬＲ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒに対してＳ偏光となる。
また、偏光素子本体５４３Ｒを反射する光束ＬＲ２の偏光方向は、光束ＬＲ２に直交し、かつ、ＸＺ平面に平行な偏光方向（図３中矢印ＬＲ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｒの光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となる。

液晶パネル５１Ｂから射出される青色光ＬＢは、射出側偏光素子５４Ｂに入射し、偏光素子本体５４３ＢにてＸＺ平面に直交する偏光方向を有する光束ＬＢ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＢ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｂを透過する光束ＬＢ１の偏光方向は、光束ＬＢ１に直交し、かつ、ＸＺ平面に直交する偏光方向（図３中矢印ＬＢ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｂに対してＳ偏光となる。
また、偏光素子本体５４３Ｂを反射する光束ＬＢ２の偏光方向は、光束ＬＢ２に直交し、かつ、ＸＺ平面に平行な偏光方向（図３中矢印ＬＢ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｂの光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となる。

すなわち、射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂは、誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＳ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＲ１，ＬＢ１を透過するように配設されているとともに、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂにて反射される光束ＬＲ２，ＬＢ２の偏光方向が射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂの光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となるように配設されている。

なお、各偏光素子本体５４３を反射する光束ＬＲ２，ＬＧ２，ＬＢ２は、図３に示すように、各射出側偏光素子５４の光束入射側端面５４１Ａとは異なる面から射出され、各液晶パネル５１を避ける方向に進行する。また、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂを反射する光束ＬＲ２，ＬＢ２は、クロスダイクロイックプリズム５５から射出される画像光の射出方向とは反対方向に進行する。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）緑色光を透過する射出側偏光素子５４Ｇは、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＰ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＧ１を透過するように配設され、赤色光、および青色光を透過する射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂは、誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＳ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＲ１，ＬＢ１を透過するように配設されているので、各色光の利用効率をそれぞれ向上させることができる。したがって、クロスダイクロイックプリズム５５にて合成される各色光の利用効率を向上させることができる。

（２）各射出側偏光素子５４、およびクロスダイクロイックプリズム５５の間に他の光学部品を介在させることなく、各射出側偏光素子５４を透過する光束をクロスダイクロイックプリズム５５に直接入射させることで各色光の利用効率を向上させることができるので、各射出側偏光素子５４、およびクロスダイクロイックプリズム５５を接着剤等によって容易に一体化することができる。したがって、光学装置５を小型化することができる。

（３）各偏光素子本体５４３は、光路前段側に配設された入射側偏光素子５２の透過軸に直交する偏光方向の直線偏光光を透過し、平行な偏光方向の直線偏光光を反射する反射型偏光素子で構成されている。そして、反射型偏光素子は、入射光束のうち所定の偏光方向を有する光束を透過させ、この所定の偏光方向を有する光束に直交する偏光方向を有する光束を吸収することで除去する吸収型偏光素子と比較して発熱が小さいので、各射出側偏光素子５４の熱の液晶パネル５１、およびクロスダイクロイックプリズム５５への影響を低減させることができる。したがって、光学装置５の長寿命化を図ることができる。

（４）射出側偏光素子５４Ｇは、偏光素子本体５４３Ｇにて反射される光束ＬＧ２の偏光方向が光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となるように配設されるので、光束ＬＧ２は、光束入射側端面５４１Ａにおいて全反射しやすくなる。したがって、緑色光のコントラストを維持することができる。なお、緑色光は、画像光のコントラストに対して支配的な色光であるので、緑色光のコントラストを維持することで画像光のコントラストを維持することができる。

（５）各偏光素子本体５４３として、所定方向に沿って周期的に形成されたアルミニウム等からなる微細構造素子５４３Ａを備えるワイヤーグリッド型の偏光素子を採用し、射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂは、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂにて反射される光束ＬＲ２，ＬＢ２の偏光方向が光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となるように配設されている。したがって、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂを透過する光束ＬＲ１，ＬＢ１の偏光方向における微細構造素子５４３Ａの周期が小さくなることがなく、光束ＬＲ１，ＬＢ１の透過率を維持することができる。なお、光源ランプ３１１には、緑色光の波長域にスペクトルのピークを有する光源ランプを用いているので、赤色光、および青色光の透過率を維持することで、画像光における白色のバランスを向上させることができる。

（６）射出側傾斜面５４１Ｂは、光束入射側端面５４１Ａにおける長辺に対して平行な辺を有するように形成されている。したがって、射出側傾斜面５４１Ｂの光束入射側端面５４１Ａに対する傾斜角が同じであれば、射出側傾斜面５４１Ｂを、光束入射側端面５４１Ａにおける短辺に対して平行な辺を有するように形成した場合と比較して、光束入射側端面５４１Ａ、および光束射出側端面５４２Ａの間の幅を小さくすることができる。したがって、各射出側偏光素子５４を小型化することができ、光学装置５全体の小型化を図ることができる。

（７）クロスダイクロイックプリズム５５は、各射出側偏光素子５４を構成する第１プリズム５４１、および第２プリズム５４２と同一の材質とされ、各射出側偏光素子５４は、光束射出側端面５４２Ａがクロスダイクロイックプリズム５５における光束入射側の端面５５Ａに接着剤等により固着されている。したがって、各射出側偏光素子５４、およびクロスダイクロイックプリズム５５の熱膨張率が同じであるので、各射出側偏光素子５４と、クロスダイクロイックプリズム５５との間に位置ずれを生じにくくすることができ、ひいては画像光において画素ずれを生じにくくすることができる。

（８）各射出側偏光素子５４は、光束入射側端面５４１Ａが液晶パネル５１の駆動基板５１１に接着剤等により固着されている。したがって、各液晶パネル５１および各射出側偏光素子５４の部材間を密閉空間とすることができ、液晶パネルや射出側偏光素子５４に塵埃が付着することを防止することができる。したがって、各液晶パネル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５をさらに小型化することができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
図４は、光学装置５Ａの構成を模式的に示す分解斜視図である。
前記第１実施形態では、各液晶パネル５１は、光束入射側、および光束射出側の各端面における長辺がＸ軸方向の両端側に位置し、短辺がＹ軸方向の両端側に位置するように配設されていた。これに対して、本実施形態では、図４に示すように、各液晶パネル５１は、光束入射側、および光束射出側の各端面における短辺がＸ軸方向の両端側に位置し、長辺がＹ軸方向の両端側に位置するように配設されている点で異なる。
そして、各射出側偏光素子５４における光束入射側端面５４１Ａの短辺がＸ軸方向の両端側に位置し、長辺がＹ軸方向の両端側に位置するように配設されている。さらに、射出側傾斜面５４１Ｂは、光束入射側端面５４１Ａにおける長辺に対して平行な辺（Ｙ軸方向における両端側の辺）を有するように形成されている。
また、本実施形態では、各射出側偏光素子５４のクロスダイクロイックプリズム５５に対する配設状態、および各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路が前記第１実施形態と異なっている。

図５は、各射出側偏光素子５４の配設状態、および各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路を示す模式図である。なお、図５（Ａ）は、射出側偏光素子５４Ｇの配設状態、および射出側偏光素子５４Ｇの内部における光束の光路を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂの配設状態、および射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂの内部における光束の光路を示す模式図である。
各射出側偏光素子５４の偏光素子本体５４３は、図５に示すように、各液晶パネル５１の長辺に対して平行な２辺のうち、−Ｙ軸方向側の辺が各液晶パネル５１に近接し、＋Ｙ軸方向側の辺が各液晶パネル５１から離間した状態で、それぞれ各液晶パネル５１に対して傾斜して配設されている。
また、偏光素子本体５４３Ｇでは、微細構造素子５４３Ａは、ＹＺ平面に沿って形成され、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂでは、微細構造素子５４３Ａは、Ｚ軸方向に沿って形成されている。

次に、各射出側偏光素子５４の内部における光束の光路について説明する。
液晶パネル５１Ｇから射出される緑色光ＬＧは、図５（Ａ）に示すように、射出側偏光素子５４Ｇに入射し、偏光素子本体５４３ＧにてＹＺ平面に直交する偏光方向を有する光束ＬＧ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＧ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｇを透過する光束ＬＧ１の偏光方向は、光束ＬＧ１に直交し、かつ、ＹＺ平面に直交する偏光方向（図５（Ａ）中矢印ＬＧ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＰ偏光となる。

また、偏光素子本体５４３Ｇを反射する光束ＬＧ２の偏光方向は、光束ＬＧ２に直交し、かつ、ＹＺ平面に平行な偏光方向（図５（Ａ）中矢印ＬＧ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｇの光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となる。
すなわち、射出側偏光素子５４Ｇは、誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＰ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＧ１を透過するように配設されているとともに、偏光素子本体５４３Ｇにて反射される光束ＬＧ２の偏光方向が射出側偏光素子５４Ｇの光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となるように配設されている。

液晶パネル５１Ｒから射出される赤色光ＬＲは、図５（Ｂ）に示すように、射出側偏光素子５４Ｒに入射し、偏光素子本体５４３ＲにてＺ軸方向に直交する偏光方向を有する光束ＬＲ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＲ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｒを透過する光束ＬＲ１の偏光方向は、光束ＬＲ１に直交し、かつ、Ｚ軸方向に直交する偏光方向（図５（Ｂ）中矢印ＬＲ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒに対してＳ偏光となる。
また、偏光素子本体５４３Ｒを反射する光束ＬＲ２の偏光方向は、光束ＬＲ２に直交し、かつ、Ｚ軸方向に平行な偏光方向（図５（Ｂ）中矢印ＬＲ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｒの光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となる。

液晶パネル５１Ｂから射出される青色光ＬＢは、図５（Ｂ）に示すように、射出側偏光素子５４Ｂに入射し、偏光素子本体５４３ＢにてＺ軸方向に直交する偏光方向を有する光束ＬＢ１と、平行な偏光方向を有する光束ＬＢ２とに分離される。
この際、偏光素子本体５４３Ｂを透過する光束ＬＢ１の偏光方向は、光束ＬＢ１に直交し、かつ、Ｚ軸方向に直交する偏光方向（図５（Ｂ）中矢印ＬＢ１Ａ）であるので、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｂに対してＳ偏光となる。
また、偏光素子本体５４３Ｂを反射する光束ＬＢ２の偏光方向は、光束ＬＢ２に直交し、かつ、Ｚ軸方向に平行な偏光方向（図５（Ｂ）中矢印ＬＢ２Ａ）であるので、射出側偏光素子５４Ｂの光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となる。

すなわち、射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂは、誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂに対してＳ偏光となる偏光方向を有する光束ＬＲ１，ＬＢ１を透過するように配設されているとともに、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂにて反射される光束ＬＲ２，ＬＢ２の偏光方向が射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂの光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となるように配設されている。
なお、各偏光素子本体５４３を反射する光束ＬＲ２，ＬＧ２，ＬＢ２は、図５に示すように、各射出側偏光素子５４の光束入射側端面５４１Ａとは異なる面から＋Ｙ軸方向に向かって射出され、各液晶パネル５１を避ける方向に進行する。

このような本実施形態においても、前記第１実施形態における（１）〜（３），（６）〜（８）と同様の作用、効果を得ることができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
（９）射出側偏光素子５４Ｒ，５４Ｂは、偏光素子本体５４３Ｒ，５４３Ｂにて反射される光束ＬＲ２，ＬＢ２の偏光方向が光束入射側端面５４１Ａに対してＳ偏光となるように配設されるので、光束ＬＲ２，ＬＢ２は、光束入射側端面５４１Ａにおいて全反射しやすくなる。したがって、赤色光、および青色光のコントラストを維持することができる。なお、各液晶パネル５１は、緑色光を基準として調整された特性を有しているので、赤色光、および青色光のコントラストを維持することで、画像光における黒色のバランスを向上させることができる。

（１０）各偏光素子本体５４３として、所定方向に沿って周期的に形成されたアルミニウム等からなる微細構造素子５４３Ａを備えるワイヤーグリッド型の偏光素子を採用し、射出側偏光素子５４Ｇは、偏光素子本体５４３Ｇにて反射される光束ＬＧ２の偏光方向が光束入射側端面５４１Ａに対してＰ偏光となるように配設されている。したがって、偏光素子本体５４３Ｇを透過する光束ＬＧ１の偏光方向における微細構造素子５４３Ａの周期が小さくなることがなく、光束ＬＧ１の透過率を維持することができる。なお、光源ランプ３１１には、緑色光の波長域にスペクトルのピークを有する光源ランプを用いているので、緑色光の透過率を維持することで、画像光の輝度を向上させることができる。

〔実施形態の変形〕
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、クロスダイクロイックプリズム５５を透過する色光を緑色光とし、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂにて反射される色光を、赤色光、および青色光としていたが、例えば、クロスダイクロイックプリズム５５を透過する色光を赤色光とし、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂにて反射される色光を、緑色光、および青色光としてもよく、クロスダイクロイックプリズム５５を透過する色光を青色光とし、クロスダイクロイックプリズム５５の誘電体多層膜５５１Ｒ，５５１Ｂにて反射される色光を、赤色光、および緑色光としてもよい。

前記各実施形態では、各光学部品５１〜５５を接着して光学装置５，５Ａを構成していたが、これに限らず、各光学部品５１〜５５が接着されず、一体化されていない構成としても構わない。
また、偏光素子本体５４３は、第１プリズム５４１の射出側傾斜面５４１Ｂに形成されていても、第２プリズム５４２の入射側傾斜面５４２Ｂに形成されていても、どちらからも別体で形成されたものをいずれかの傾斜面に接着してもよい。
なお、射出側傾斜面５４１Ｂの傾斜方向は、液晶パネル５１を避ける方向であれば、上下左右どの方向でもよい。
前記各実施形態では、第１プリズム５４１および第２プリズム５４２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。

前記各実施形態では、各偏光素子本体５４３の構成は、所定方向に沿って周期的に形成されたアルミニウム等からなる微細構造素子５４３Ａを備えるワイヤーグリッド型の偏光素子としていたが、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、所定方向に沿って周期的に形成されたフォトニック素子を備える偏光素子、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、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、色合成光学装置にて合成される各色光の利用効率を向上させることができるため、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好適に利用できる。

本発明の第１実子形態に係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各射出側偏光素子の配設状態、および各射出側偏光素子の内部における光束の光路を示す模式図。 本発明の第２実施形態に係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各射出側偏光素子の配設状態、および各射出側偏光素子の内部における光束の光路を示す模式図。

符号の説明

１…プロジェクタ、４…投射レンズ（投射光学装置）、５，５Ａ…光学装置、３１…光源装置、３２…照明光学装置、５１…液晶パネル（光変調装置）、５４…射出側偏光素子（偏光素子）、５５…クロスダイクロイックプリズム（色合成光学装置）、５１１…駆動基板、５１２…対向基板、５４１…第１プリズム、５４１Ａ…光束入射側端面、５４１Ｂ…射出側傾斜面、５４２…第２プリズム、５４２Ａ…光束射出側端面、５４２Ｂ…入射側傾斜面、５４３…偏光素子本体。

Claims (4)

1. 複数の色光を色光毎に画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、前記各光変調装置の光路後段側にそれぞれ配設される複数の偏光素子と、前記各偏光素子を介した各色光を合成して画像光を形成する色合成光学装置とを備える光学装置であって、
   前記偏光素子は、
   前記光変調装置から射出された光束を入射する略長方形状の光束入射側端面、および前記入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する三角柱状の第１プリズムと、
   前記光束入射側端面に平行し、前記第１プリズムを介した光束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する第２プリズムと、
   前記射出側傾斜面と前記入射側傾斜面の間に介装され、前記第１プリズムを介した光束のうち所定の偏光方向を有する光束を透過し、前記所定の偏光方向に直交する偏光方向を有する光束を前記第１プリズムに向けて反射する偏光素子本体とを備え、
   前記射出側傾斜面は、
   前記光束入射側端面における長辺に対して平行な辺を有するように形成されてい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、
   前記各光束射出側端面、および前記色合成光学装置は、接着されてい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、
   前記光変調装置は、
   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、
   前記各光束入射側端面、および前記各光変調装置は、接着されていることを特徴とする光学装置。
4. 光源装置と、前記光源装置から射出された光を複数の色光に分離する色分離光学装置と、請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学装置と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。

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