JP2013171238A

JP2013171238A - 光学装置

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Publication number: JP2013171238A
Application number: JP2012036257A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanaka; 裕二田中
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-09-02
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: JP6147958B2

Abstract

【課題】耐久性及びコントラストに優れ、しかも装置全体を小型化できる光学装置を提供すること。
【解決手段】本発明の光学装置（１３）は、光源装置（１１）から出射される光の光路（Ｌ１）上に配置される液晶パネル（１３３Ｇ）と、液晶パネル（１３３Ｇ）に対する光の入射側及び出射側に配置された一対の偏光子（１３２Ｇ，１３４Ｇ）と、を具備し、一対の偏光子（１３２Ｇ，１３４Ｇ）の少なくとも一方が反射型偏光子であり、当該反射型偏光子は、液晶パネル（１３３Ｇ）に向けて膨出する曲面部（１３２ａ，１３４ａ）を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、反射型偏光子を備えた光学装置に関し、特に、ワイヤグリッド偏光子を備えた光学装置に関する。

従来、光源から出射された光を液晶表示素子で変調して画像光を形成し、形成した画像光を投射光学装置で拡大投射して投影する光学装置が知られている。この光学装置では、光源からの光の光路内に液晶表示素子が配置され、この液晶表示素子に対する光源からの光の入射側及び出射側にそれぞれ偏光子（以下、「入射側偏光子」、「出射側偏光子」ともいう）が配置される。この入射側偏光子及び出射側偏光子は、透過軸の方向と略一致する直線偏光光を透過し、透過軸の方向と略直交する直線偏光光を除去する。この光学装置では、互いの透過軸が交差するように入射側偏光子及び出射側偏光子を配置し、液晶表示素子で変調された画像光に含まれる不要な光を出射側偏光子で除去する。

ところで、偏光子としては、透過軸に略直交する直線偏光光を吸収して熱に変換して除去する吸収型偏光子と、当該直線偏光光を反射して除去する反射型偏光子と、がある。光学装置では、出射側偏光子として吸収型偏光子を用いた場合、不要な光が熱に変換されて出射側偏光子の熱劣化が促進される問題がある。このため、光学装置では、不要な光の吸収に基づく熱劣化が極めて少なく、耐久性に優れた反射型偏光子が出射側偏光子として用いられている。

しかしながら、入射側偏光子及び出射側偏光子の双方を反射型偏光子とした場合、出射側偏光子で反射された不要な光の一部が入射側偏光子で再反射される問題がある。この反射光は、その一部が入射側偏光子によって反射され、画像光のコントラストを悪化させる要因となる。このようなコントラストの悪化を防ぐため、反射光を光路外に排出する光学装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に記載の光学装置１００の模式図である。この光学装置１００においては、光源装置（不図示）から出射された光の光路前段側から光路後段側に向けて入射側偏光子１０１、液晶パネル１０２、出射側偏光子１０３、及びダイクロイックプリズム１０４がこの順に配置される。出射側偏光子１０３は、略頂角３０度の断面直角三角形状の一対のプリズム１０３ａ，１０３ｂと、この一対のプリズム１０３ａ，１０３ｂの斜辺によって挟持され、偏光分離面が光路に対して斜めに配置された偏光子１０３ｃと、から構成される。この光学装置１００においては、液晶パネル１０２を透過した光が、偏光子１０３ｃの偏光分離面で光路外に向けて反射されるので、反射光を光路外に排出でき、コントラストの悪化を低減できる。

特開２００９−２２９５５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光学装置１００では、一対のプリズム１０３ａ，１０３ｂの斜辺で反射型偏光子１０３ｃを挟持するため、一方のプリズム１０３ａの入射面から他方のプリズム１０３ｂの出射面までの距離Ｄ４（例えば、１０ｃｍ）が長くなる。このため、出射側偏光子１０３が大型化し、光学装置１００全体を十分に小型化できない問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、耐久性及びコントラストに優れ、しかも装置全体を小型化できる光学装置を提供することを目的とする。

本発明の光学装置は、光源から出射される光の光路上に配置される光学素子と、前記光学素子に対する前記光の入射側に配置された第１の偏光子と、前記光学素子に対する前記光の出射側に配置された第２の偏光子と、を具備し、前記第１の偏光子及び前記第２の偏光子の少なくとも一方が反射型偏光子であり、当該反射型偏光子は、前記光学素子に向けて膨出する曲面部を有することを特徴とする。

この構成によれば、反射型偏光子で不要な光を偏光分離するので、偏光子の熱劣化に基づく耐久性の低下を防ぐことができる。また、偏光分離された光が反射型偏光子の曲面部で反射されるので、不要な光を光路外に排出でき、コントラストの悪化を防ぐことができる。また、反射型偏光子に設けた曲面部によって不要な光を光路外に排出するので、不要な光の除去に他の部材を用いる必要がない。したがって、偏光子の構成を簡素化でき、装置全体の小型化が可能となる。

本発明の光学装置においては、前記反射型偏光子が、ワイヤグリッド偏光子であることが好ましい。

本発明の光学装置においては、前記ワイヤグリッド偏光子のピッチが１３０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の光学装置においては、前記ワイヤグリッド偏光子の外縁部を固定する支持枠を備えたことが好ましい。

本発明の投影光学装置は、上記光学装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、耐久性及びコントラストに優れ、しかも装置全体を小型化できる光学装置を実現できる。

本実施の形態に係る投影光学装置の模式図である。本実施の形態に係る画像合成光学装置を模式的に示す部分拡大図である。本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の平面図である。本実施の形態に係る投影光学装置の他の構成例を示す模式図である。本実施の形態に係る反射型偏光子を示す模式図である。従来の光学装置の模式図である。

本発明者は、光学素子の出射側に反射型偏光子を配置した光学装置においては、出射側偏光子の熱劣化を抑制できる一方、出射側偏光子で反射された不要な光が、コントラストを悪化させる要因となることに着目した。そして、本発明者は、入射側及び出射側の少なくとも一方に、光学素子側に膨出する曲面部を有する反射型偏光子を配置することにより、反射型偏光子の熱劣化による耐久性の低下を抑制でき、不要な光を光学装置の光路外に排出して高いコントラストが得られ、しかも装置全体の小型化が可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る投影光学装置１の模式図である。図１に示すように、この投影光学装置１は、光源装置１１と、光源装置１１の後段に配置された照明光学装置１２と、照明光学装置１２の後段に配置された画像合成光学装置１３と、画像合成光学装置１３の後段に配置された投射光学装置１４と、を具備する。

この投影光学装置１においては、光源装置１１から出射された白色光が照明光学装置１２で所定方向の直線偏光光（例えば、Ｓ偏光）に揃えられた後、白色光に含まれる青色（Ｂ）光が第１の光路Ｌ１に分離され、緑色（Ｇ）光が第２の光路Ｌ２に分離され、赤色（Ｒ）光が第３の光路Ｌ３に分離される。そして、第１の光路Ｌ１、第２の光路Ｌ２、第３の光路Ｌ３に分離されて画像合成光学装置１３に入光する青色光、緑色光及び赤色光からそれぞれ画像光を形成した後、３色の画像光を合成した画像光を投射光学装置１４でスクリーン上に拡大投影する。

光源装置１１は、光源ランプ１１１と、光源ランプ１１１から出射された白色光を反射して略一方向に揃える反射鏡１１２と、を具備する。光源ランプ１１１は、白色光を出射する。反射鏡１１２は、光源ランプ１１１から出射された白色光を光路Ｌに沿って照明光学装置１２に向けて反射する。

照明光学装置１２は、光源装置１１の後段に配置された装置本体１２１と、装置本体１２１の後段に配置されたダイクロイックミラー１２２ａと、ダイクロイックミラー１２２ａの後段の第１の光路Ｌ１上に配置される反射ミラー１２３ａと、ダイクロイックミラー１２２ａの後段に配置されたダイクロイックミラー１２２ｂと、ダイクロイックミラー１２２ｂの後段の第３の光路Ｌ３上に配置された反射ミラー１２３ｂ，１２３ｃ及びリレーレンズ１２４ａ，１２４ｂと、を備える。

装置本体１２１は、光源装置１１から出射された白色光を偏光変換素子、レンズアレイ、及びリレーレンズ（不図示）を介して略一方向に揃った直線偏光光（例えば、Ｓ偏光）の平行光とし、平行光を光路Ｌに沿ってダイクロイックミラー１２２ａに向けて出光する。

ダイクロイックミラー１２２ａ，１２２ｂは、光源装置１１からの光路Ｌ上に配置される。ダイクロイックミラー１２２ａ，１２２ｂは、ガラス基板上にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２などの誘電体膜が積層されて構成され、可視領域の特定の波長領域を透過し、他の波長領域を反射する。本実施の形態においては、ダイクロイックミラー１２２ａは、可視光の緑色光以上の波長領域（例えば、４９５ｎｍ以上）である緑色光及び赤色光を透過し、緑色光未満の波長領域である青色光を反射する。また、ダイクロイックミラー１２２ｂは、可視光の赤色光以上の波長領域（例えば、６２０ｎｍ以上）である赤色光を透過し、赤色光未満の波長領域である緑色光及び青色光を反射する。

ダイクロイックミラー１２２ａは、その主面が光源装置１１からの光路Ｌに対して４５度傾斜して配置される。ダイクロイックミラー１２２ａは、装置本体１２１から出光した白色光に含まれる青色光を反射ミラー１２３ａに向けて光路Ｌと略直交する方向（紙面上方向）に反射し、青色光を第１の光路Ｌ１に分離する。反射ミラー１２３ａは、その主面がダイクロイックミラー１２２ａと対向するように配置され、青色光を画像合成光学装置１３に向けて光源装置１１からの光路Ｌと略同一方向（紙面左方向）に反射する。また、ダイクロイックミラー１２２ａは、白色光に含まれる赤色光及び緑色光を透過する。

ダイクロイックミラー１２２ｂは、その主面が光源装置１１からの光路Ｌに対して４５度傾斜して配置される。ダイクロイックミラー１２２ｂは、ダイクロイックミラー１２２ａを透過した緑色光を画像合成光学装置１３に向けて光路Ｌと略直交する方向（紙面上方向）に反射し、緑色光を第２の光路Ｌ２に分離する。また、ダイクロイックミラー１２２ｂは、ダイクロイックミラー１２２ａを透過した赤色光を透過し、赤色光を第３の光路Ｌ３に分離する。

反射ミラー１２３ｂ，１２３ｃは、その主面が第３の光路Ｌ３に対してそれぞれ４５度傾斜して配置される。反射ミラー１２３ｂは、ダイクロイックミラー１２２ｂによって分離された赤色光を光源装置１１からの光路Ｌと直交する方向（紙面上方向）に向けて反射する。また、反射ミラー１２３ｃは、反射ミラー１２３ｂによって反射された赤色光を画像合成光学装置１３に向けて光源装置１１からの光路Ｌと略逆方向（紙面右方向）に反射する。

リレーレンズ１２４ａは、ダイクロイックミラー１２２ｂと反射ミラー１２３ｂとの間に配置され、リレーレンズ１２４ｂは、反射ミラー１２３ｂと反射ミラー１２３ｃとの間に配置される。リレーレンズ１２４ａ，１２４ｂは、第１の光路Ｌ１及び第２の光路Ｌ２に対して光路長が長くなる第３の光路Ｌ３に分離される赤色光を光軸調整し、画像合成光学装置１３で合成される画像光の色むらを低減する。

画像合成光学装置１３は、第１の光路Ｌ１上に配置されるリレーレンズ１３１Ｂ、入射側偏光子１３２Ｂ、液晶パネル１３３Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｂと、第２の光路Ｌ２上に配置されるリレーレンズ１３１Ｇ、入射側偏光子１３２Ｇ、液晶パネル１３３Ｇ及び出射側偏光子１３４Ｇと、第３の光路Ｌ３上に配置されるリレーレンズ１３１Ｒ、入射側偏光子１３２Ｒ、液晶パネル１３３Ｒ及び出射側偏光子１３４Ｒと、を備える。画像合成光学装置１３は、照明光学装置１２で分離された赤色光、緑色光、青色光を液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂで変調してそれぞれ画像光を形成し、形成した３色の画像光をＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５で合成して投射光学装置１４に出光する。画像合成光学装置１３の構成の詳細については後述する。

投射光学装置１４は、複数のレンズを組み合わせて構成される。投射光学装置１４は、画像合成光学装置１３から出射された画像光をスクリーン上に拡大投影する。

図２は、画像合成光学装置１３を模式的に示す部分拡大図である。図２では、緑色光の処理に関する構成についてのみ図示しているが、赤色光及び青色光に関しても同様の構成で処理される。画像合成光学装置１３は、光路前段側から光路後段側に向けてこの順に配置されるリレーレンズ１３１Ｇ、入射側偏光子（第１の偏光子）１３２Ｇ、液晶パネル（光学素子）１３３Ｇ、出射側偏光子（第２の偏光子）１３４Ｇ及び色合成光学装置としてのＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５を備える。

リレーレンズ１３１Ｇは、画像合成光学装置１３に入光した緑色光を略一方向に揃えて平行光とし、平行光を入射側偏光子１３２Ｇに向けて出光する。

入射側偏光子１３２Ｇは、反射型偏光子（例えば、ワイヤグリッド偏光板）によって構成され、液晶パネル１３３Ｇに対する緑色光の入射側に配置される。入射側偏光子１３２Ｇは、その中央部に液晶パネル１３３Ｇに向けて膨出する曲面部１３２ａが設けられている。ここで、膨出するとは、入射側偏光子１３２Ｇの外縁を含む基準面Ｆ１に対して中央部が所定の曲率で突出していることをいう。このように、曲面部１３２ａを設けることにより、入射側偏光子１３２Ｇの面剛性が向上し、形状の自立性を付与することができる。また、入射側偏光子１３２Ｇは、その外縁部が支持枠１３２ｂに一体化して固定されている（図３参照）。入射側偏光子１３２Ｇは、光源装置１１及び照明光学装置１２により形成された略一方向に偏光が揃った直線偏光光のみを透過する。

液晶パネル１３３Ｇは、光源から出射される光の光路上に配置される。液晶パネル１３３Ｇは、入射側偏光子１３２Ｇを介して入光する緑色光の偏光光を画素ごとに変調して画像光を形成し、形成した画像光を出射側偏光子１３４Ｇに出光する。

出射側偏光子１３４Ｇは、反射型偏光子（例えば、ワイヤグリッド偏光子）によって構成され、液晶パネル１３３Ｇに対する光の出射側に配置される。出射側偏光子１３４Ｇは、その中央部に液晶パネル１３３Ｇに向けて膨出する曲面部１３４ａが設けられている。ここで、膨出するとは、出射側偏光子１３４Ｇの外縁を含む基準面Ｆ２に対して中央部が所定の曲率で突出していることをいう。このように、出射側偏光子１３４Ｇに曲面部１３４ａを設けることにより、出射側偏光子１３４Ｇの面剛性が向上し、形状の自立性を付与することができる。また、出射側偏光子１３４Ｇは、その外縁部が支持枠１３４ｂに一体化して固定されている（図３参照）。出射側偏光子１３４Ｇは、液晶パネル１３３Ｇを介して出光する光線のうち、入射側偏光子１３２Ｇの透過軸に直交する偏光方向の直線偏光光のみを透過する。出射側偏光子１３４Ｇは、液晶パネル１３３Ｇで形成された画像光を透過すると共に、画像光に含まれる不要な光を反射して光路外に除去する。

曲面部１３２ａ，１３４ａの形状としては、入射側偏光子１３２Ｇ又は出射側偏光子１３４Ｇの反射光を光路外に排出できるものであれば、特に制限されない。曲面部１３２ａ，１３４ａの形状としては、不要な光を光路外に排出し、装置全体の小形化を図る観点から、偏光子の曲面部１３２ａ，１３４ａの半径ｒ及び偏光子の曲率半径Ｒ（図５参照）が、ｒ＜Ｒ＜１０ｒの関係を満たすものが好ましく、入射側偏光子１３２Ｇ及び出射側偏光子１３４Ｇの面剛性を向上する観点から、ｒ＜Ｒ＜６ｒの関係を満たすものが好ましい。入射側偏光子１３２Ｇ及び出射側偏光子１３４Ｇは、曲面部１３２ａ，１３４ａの曲率半径Ｒが小さくなるにつれ、不要な反射光を光路外に排出する効率が高くなる。

ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５は、例えば、断面三角形状の４つのプリズムが貼り合わされて構成される。ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５は、液晶パネル１３３Ｒで形成された赤色光の画像光と、液晶パネル１３３Ｇで形成された緑色光の画像光と、液晶パネル１３３Ｂで形成された青色光の画像光と、を合成し、合成した画像光を投射光学装置１４に向けて出光する。

次に、以上のように構成された投影光学装置１の全体動作について説明する。光源ランプ１１１から出射された白色光（無偏光光）は、反射鏡１１２で反射されて略一方向に揃えられ、光路Ｌに沿って照明光学装置１２に向けて出射される。照明光学装置１２に出射された白色光は、装置本体１２１により略一方向に揃った直線偏光光の平行光とされた後、青色光がダイクロイックミラー１２２ａにより反射されて第１の光路Ｌ１に分離され、緑色光及び赤色光がダイクロイックミラー１２２ａを透過する。第１の光路Ｌ１に分離された青色光は、反射ミラー１２３ａで反射されて光源装置１１からの光路Ｌと略同一方向（紙面左方向）から画像合成光学装置１３に入光する。

ダイクロイックミラー１２２ａを透過した緑色光及び赤色光は、緑色光がダイクロイックミラー１２２ｂによって反射されて第２の光路Ｌ２に分離され、赤色光がダイクロイックミラー１２２ｂを透過して第３の光路Ｌ３に分離される。第２の光路Ｌ２に分離された緑色光は、光源装置１１からの光路Ｌと略直交する方向（紙面上方向）から画像合成光学装置１３に入光する。第３の光路Ｌ３に分離された赤色光は、リレーレンズ１２４ａを透過した後、反射ミラー１２３ｂで光源装置１１からの光路Ｌと略直交する方向（紙面上方向）に向けて反射され、リレーレンズ１２４ｂを透過した後、反射ミラー１２３ｃで光源装置１１からの光路Ｌと略逆方向（紙面右方向）に反射されて画像合成光学装置１３に入光する。第１の光路Ｌ１及び第２の光路Ｌ２に対して光路長が長い第３の光路Ｌ３に分離される赤色光は、リレーレンズ１２４ａ，１２４ｂを介して光軸調整される。

画像合成光学装置１３に入光した赤色光、緑色光及び青色光は、リレーレンズ１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂで略一方向に揃えられた平行光とされた後、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂを介してそれぞれ画像光に変換される。３つの画像光は、ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５に入光して合成された後、投射光学装置１４に設けられた複数のレンズを介して拡大されてスクリーン上に投影される。

ここで、投影光学装置１で黒表示をする場合には、赤色光、緑色光及び青色光の直線偏光光が、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂにより出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの非透過軸の方向の直線偏光光に変換される。この赤色光、緑色光及び青色光は、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂにより入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂに向けて反射される。このとき、本実施の形態においては、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂに曲面部１３４ａが設けられているので、赤色光、緑色光及び青色光が、画像合成光学装置１３の第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に向けてそれぞれ反射される。これにより、投影光学装置１の表示に不要な光を出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂで吸収することなく第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に排出できるので、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの熱劣化を防ぐことができる。

また、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂで反射された赤色光、緑色光及び青色光は、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂを透過し、又は反射される。このとき、本実施の形態においては、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂにも曲面部１３２ａが設けられているので、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂにより赤色光、緑色光及び青色光が画像合成光学装置１３の第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に向けてそれぞれ反射される。これにより、投影光学装置１の表示に不要な光を出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂで吸収することなく光路外に排出できるので、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの熱劣化を防ぐことができる。また、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ又は出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂのいずれかに曲面部１３２ａ，１３４ａを設けることにより、不要な光が入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂと出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂとの間で往復することなく第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に排出されるので、コントラストに優れた画像光の投影が可能となる。

このように、本実施の形態においては、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂに液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂに向けて膨出する曲面部１３２ａ，１３４ａを設けたので、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂを透過した不要な光が、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの曲面部１３２ａ，１３４ａで第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に向けて反射される。そして、出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの曲面部１３４ａで反射された反射光は、更に入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂを透過し、又は曲面部１３２ａで第１の光路Ｌ１，第２の光路Ｌ２，第３の光路Ｌ３外に向けて反射されるため、不要な光を効率よく排出することができる。この結果、画像光に不要な光が光路後段の液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂ、ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム１３５及び投射光学装置１４に出射されないので、不要な光による画像光のコントラストの低下を防止できる。

特に、本実施の形態においては、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの曲面部１３２ａ，１３４ａの反射を利用して不要光を排出する。これにより、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂと出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂとの間の距離Ｄ１を短縮（例えば、５ｃｍ）できるので、画像合成光学装置１３及び投影光学装置１の全体の小型化を図ることができる。また、本実施の形態においては、曲面部１３２ａ，１３４ａの反射によって不要な光を除去できるので、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂを挟んで配置された入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの双方に耐久性に優れた反射型偏光子を用いることができる。

なお、上述した実施の形態においては、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの双方を反射型偏光子で構成した例について説明したが、この構成に限定されない。入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの少なくとも一方が反射型偏光子であればよい。また、上述した実施の形態においては、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂがそれぞれ曲面部１３２ａ，１３４ａを有する例について説明したが、この構成に限定されない。曲面部は、入射側偏光子１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ及び出射側偏光子１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂの少なくとも一方に設ければよい。

反射型偏光子としては、ワイヤグリッド偏光子（ワイヤグリッド偏光フィルム、旭化成イーマテリアルズ社製）を好適に用いることができる。ワイヤグリッド偏光フィルムは、フィルム状基材（例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ））と、紫外線硬化樹脂で作られる微細凹凸構造と、この微細凹凸構造の延在方向に沿うナノ金属ワイヤグリッド（例えば、アルミニウム）と、を備える。ワイヤグリッド偏光子は、曲面部を設けた場合においても、光学特性が低下しにくいので、更にコントラストに優れた投影光学装置１を実現できる。フィルム状基材としては、複屈折がない樹脂材料を用いることが好ましい。また、基材は、熱プレスなどによる成形で形成された形状を保持できるものが好ましい。なお、反射型偏光子としてワイヤグリッド偏光子を用いた場合には、微細凹凸構造の形成面が曲面部１３２ａ，１３４ａの内側となるように配置してもよく、外側となるように配置してもよい。

フィルム状基材としては、シクロオレフィン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など加熱などで延伸可能なものであれば特に限定されないが、偏光光を崩さないため複屈折を有さないものが好ましい。フィルム状の基材の厚みとしては、特に制限されないが、加熱延伸によるレンズ形状を形成する際の金型への形状追従性の観点から、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。

ワイヤグリッド偏光子（ワイヤグリッド偏光フィルム）は、製品使用環境温度（例えば、１０５度以上）又は反射偏光フィルム基材のガラス転移点（Ｔｇ）以下に加熱した状態で、所望のレンズ形状金型に挟み、加熱、押圧、冷却により簡単に形成できる。例えば、フィルム状基材としてトリアセチルセルロースを用いる場合、ガラス転移点が１５０度程度となるため、１０５度から１５０度の加熱温度範囲で加工できる。

また、ワイヤグリッド偏光子に曲面部を設けることにより、ワイヤグリッド偏光子の面剛性が向上し、曲面部を有するワイヤグリッド偏光子単体で面形状を保持することが可能である。また、画像合成光学装置１３内でワイヤグリッド偏光子を支持する場合には、支持枠１３２ｂに粘着又は接着などで固定することが可能である。ワイヤグリッド偏光子を平面形状で用いる場合、一般的にガラスなどの透明剛性基板に粘着剤などを介して精密に貼り合せる必要がある。これに対して、本実施の形態によれば、ワイヤグリッド偏光子に曲面部を設けることにより支持枠１３２ｂなどに貼りつけるだけでワイヤグリッド偏光子を固定することができ、加工コスト、組立コストの低減を図ることができる。

ワイヤグリッド偏光子に曲面部を設ける場合、曲面部は、曲率に応じて延伸される（図３参照）。したがって、ワイヤグリッド偏光子において曲率を決定する際、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
式（１）
０＜ [（（（Ｄ２×（１+ε１）×Ｄ３×（１+ε２））／Ｄ２×Ｄ３）−１]×１００＜２００（％）
ワイヤグリッド偏光子の曲面部の縦長さＤ２
ワイヤグリッド偏光子の曲面部の横長さＤ３
Ｌ１方向の引っ張りひずみ ε１
Ｌ２方向の引っ張りひずみ ε２

ワイヤグリッド偏光子の曲面部の曲率が大きく、曲面部の高さが低い場合は、２軸延伸倍率が小さく、ワイヤグリッド偏光子の光学性能は変化しない。しかし、曲面部の曲率が小さく、基準面からの高さが高い場合、均等に２軸延伸されたとすると、面積ひずみで２００％超、ε１、ε２で各々４０％超となる。このためワイヤグリッド偏光子の金属ワイヤのピッチは少なくとも１．４倍に拡大する。したがって、ワイヤグリッド偏光子の延伸後に好適な偏光分離性能を有するためには、延伸前で金属ワイヤのピッチが１３０ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍピッチ以下であることがより好ましい。また上記式（１）に示すように、縦横の曲率半径が異なっていてもよく、３次元の自由曲面で形成することもできる。

また、ワイヤグリッド偏光子は、２軸延伸や押圧加工（エンボス加工）に対して高い耐性を有しているため、反射型偏光子としてワイヤグリッド偏光フィルムを適用することにより、他の偏光板と比較して球面加工時の光学特性の劣化を低減することができる。

上記実施の形態に係る投影光学装置１においては、リレーレンズ１３１Ｇと入射側偏光子１３２Ｇとを別体として設けた例について説明したが、入射側偏光子１３２Ｇは、リレーレンズ１３１Ｇと一体に設けてもよい。

図４は、本実施の形態に係る投影光学装置１の他の構成例を示す図であり、入射側偏光子１３２Ｇとリレーレンズ１３１Ｇとを一体に設けた例を示している。この場合、リレーレンズ１３１Ｇの曲面形状に合わせて入射側偏光子１３２Ｇ（例えば、ワイヤグリッド偏光子）を熱プレスにより成形し、熱硬化及び紫外線硬化型接着剤により入射側偏光子１３２Ｇとリレーレンズ１３１Ｇとを接着して一体化する。そして、リレーレンズ１３１Ｇの凸面が液晶パネル１３３Ｇを向くように配置する。このように、入射側偏光子１３２Ｇとリレーレンズ１３１Ｇとを一体化することにより、構成部品点数を削減できると共に、投影光学装置１を更に小型化できる。

また、図４に示す構成例においては、入射側偏光子１３２Ｇとして反射型偏光子を用いることが好ましい。この構成により、画像合成光学装置１３に入光した光がリレーレンズ１３１Ｇにより光路補正され、入射側偏光子１３２Ｇを透過して出射側偏光子１３４Ｇで反射される。そして、この反射光は、リレーレンズ１３１Ｇの凸面上に設けられた入射側偏光子１３２Ｇの表面（曲面部１３２ａ）で反射されるので、リレーレンズ１３１Ｇ自体の屈折率に影響されずに第２の光路Ｌ２外に除去できる。反射型偏光子としてワイヤグリッド偏光子を用いる場合には、凹凸構造の形成面が液晶パネル１３３Ｇを向くように配置し、凹凸構造の形成面を接着剤で埋めないようにしてワイヤグリッド偏光子とリレーレンズとを一体化する。

以下、本発明の効果を明確にするために行った実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例及び比較例によって何ら制限されるものではない。

（実施例）
図２に示す画像合成光学装置１３を備えた投影光学装置を用いて画像のコントラストを測定した。入射側偏光子１３２Ｇ及び出射側偏光子１３４Ｇとしては、曲面部１３２ａ，１３４ａを有する反射型偏光子を用いた。この反射型偏光子は、偏光子の曲率半径Ｒが３０ｍｍであり、偏光子の曲面部１３２ａ，１３４ａの半径ｒが１０ｍｍであった（図５参照）。この反射型偏光子の厚さｄ１は、１．７ｍｍであった。この投影型光学装置１のコントラストは、８８０であった。

（比較例）
入射側偏光子１３２Ｇ及び出射側偏光子１３４Ｇとして、平坦な反射側偏光子を用いた以外は、実施例と同様にコントラストを測定した。その結果、投影光学装置のコントラストは、７６５であった。

以上の結果から、曲面部１３２ａ，１３４ａを有する反射型偏光子を用いた実施例に係る投影光学装置においては、良好なコントラストが得られる一方、平坦な反射型偏光子を用いた投影光学装置においては、コントラストが大幅に低下することが分かる。この結果は、比較例に係る投影光学装置においては、平坦な反射型偏光子を用いたことから、不要な光を光路外に排出できなかったためと考えられる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、上述した実施の形態においては、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３ＢをＲＧＢのそれぞれについて設けた例について説明したが、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂは、必ずしも３つ設ける必要はない。液晶パネルは、少なくとも１つ設ければよい。また、上述した実施の形態においては、光学素子として液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂを用いた例について説明したが、光学素子としては、液晶パネル１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂ以外の光学素子を用いてもよい。その他、本発明は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明は、耐久性及びコントラストに優れ、しかも装置全体を小型化できる投影光学装置を実現できるという効果を有し、特に、プロジェクターなどの投影光学装置として好適に用いることができる。

１投影光学装置
１１光源装置
１１１光源ランプ
１１２反射鏡
１２照明光学装置
１２１装置本体
１２２ａ，１２２ｂダイクロイックミラー
１２３反射ミラー
１３画像合成光学装置（光学装置）
１２４，１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂリレーレンズ
１３２Ｒ，１３２Ｇ，１３２Ｂ入射側偏光子（第１の偏光子）
１３２ａ，１３４ａ曲面部
１３２ｂ，１３４ｂ支持枠
１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂ液晶パネル（光学素子）
１３４Ｒ，１３４Ｇ，１３４Ｂ出射側偏光子（第２の偏光子）
１３５ＲＧＢ合成ダイクロイックプリズム
１４投射光学装置

Claims

光源から出射される光の光路上に配置される光学素子と、前記光学素子に対する前記光の入射側に配置された第１の偏光子と、前記光学素子に対する前記光の出射側に配置された第２の偏光子と、を具備し、
前記第１の偏光子及び前記第２の偏光子の少なくとも一方が反射型偏光子であり、当該反射型偏光子は、前記光学素子に向けて膨出する曲面部を有することを特徴とする光学装置。
前記反射型偏光子が、ワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
前記ワイヤグリッド偏光子のピッチが１３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の光学装置。
前記ワイヤグリッド偏光子の外縁部を固定する支持枠を備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光学装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学装置を備えたことを特徴とする投影光学装置。