JP2020140072A - 光変調装置、光学モジュールおよびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】ゴーストや光漏れを低減したプロジェクターを提供する。【解決手段】本発明の光変調装置は、光を変調する光変調素子と、光変調素子から射出された光が入射する第１偏光素子と、第１偏光素子から射出された光が入射する第２偏光素子と、を備え、第１偏光素子は、第１面および第２面を有する第１基材と、第１面に設けられた第１無機偏光層と、第１無機偏光層を挟んで第１基材と対向して設けられた第１光吸収層と、を有し、第２偏光素子は、第３面および第４面を有する第２基材と、第３面に設けられた第２無機偏光層と、第２無機偏光層を挟んで第２基材と対向して設けられた第２光吸収層と、を有し、第１偏光素子は、第１光吸収層が光変調素子の光射出面と対向するように配置され、第２偏光素子は、第２基材の第４面が第１基材の第２面と対向するように配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光変調装置、光学モジュールおよびプロジェクターに関する。

プロジェクターを構成する光変調装置において、投射画像のコントラストを高めることを目的として、液晶パネルの光射出側の偏光板の消光比を上げるために、光射出側の偏光板を２枚の偏光板で構成することが提案されている。

例えば下記の特許文献１には、液晶パネルの光射出側に、無機偏光板と有機偏光板とが液晶パネル側からこの順に配置された構成のプロジェクターが開示されている。特許文献１には、無機偏光板と有機偏光板とを用いた場合、一般の有機偏光板は高い消光比と高い光透過性とを兼ね備えているため、偏光板全体として高い消光比および高い光透過性が得られる、と記載されている。

特開２００９−３１０６号公報

しかしながら、特許文献１のプロジェクターのように、光射出側偏光板の一部に有機偏光板を採用した場合、有機偏光板は無機偏光板に比べて光による劣化が大きいことから、プロジェクターの信頼性が低下する、という問題があった。これに対し、無機偏光板を採用した場合には、信頼性が改善する反面、無機偏光層での反射率が高いため、無機偏光板と後段の色合成プリズムや投射光学系との間で迷光や戻り光が発生しやすく、これらの光に起因してゴーストや光漏れが発生する、という問題があった。

上記の課題を解決するために、本発明の一つの態様の光変調装置は、光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から射出された光が入射する第１偏光素子と、前記第１偏光素子から射出された光が入射する第２偏光素子と、を備え、前記第１偏光素子は、第１面および第２面を有する第１基材と、前記第１面に設けられた第１無機偏光層と、前記第１無機偏光層を挟んで前記第１基材と対向して設けられた第１光吸収層と、を有し、前記第２偏光素子は、第３面および第４面を有する第２基材と、前記第３面に設けられた第２無機偏光層と、前記第２無機偏光層を挟んで前記第２基材と対向して設けられた第２光吸収層と、を有し、前記第１偏光素子は、前記第１光吸収層が前記光変調素子の光射出面と対向するように配置され、前記第２偏光素子は、前記第２基材の前記第４面が前記第１基材の前記第２面と対向するように配置されている。

本発明の一つの態様の光変調装置において、前記第１無機偏光層は、ワイヤーグリッド型偏光層で構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の光変調装置において、前記第２無機偏光層は、ワイヤーグリッド型偏光層で構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の光変調装置において、前記第１基材および前記第２基材の少なくとも一方は、低熱膨張性ガラスで構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の光学モジュールは、第１の色光を画像信号に基づいて変調する第１光変調装置と、第２の色光を画像信号に基づいて変調する第２光変調装置と、第３の色光を画像信号に基づいて変調する第３光変調装置と、前記第１光変調装置によって変調された前記第１の色光と、前記第２光変調装置によって変調された前記第２の色光と、前記第３光変調装置によって変調された前記第３の色光と、を合成して合成光を生成する色合成素子と、を備え、前記第１光変調装置、前記第２光変調装置および前記第３光変調装置のうちの少なくとも一つは、本発明の一つの態様の光変調装置である。

本発明の一つの態様のプロジェクターは、光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された前記光が入射し、前記合成光を射出する、本発明の一つの態様の光学モジュールと、前記光学モジュールから射出された前記合成光を被投射面上に投射する投射光学装置と、を備える。

本発明の他の一つの態様のプロジェクターは、光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された光を画像信号に基づいて変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を被投射面上に投射する投射光学装置と、を備え、前記光変調装置は、本発明の一つの態様の光変調装置である。

第１実施形態のプロジェクターの概略構成図である。 第１実施形態の光学モジュールの概略構成図である。 第２実施形態の光学モジュールの概略構成図である。 比較例の光学モジュールの構成を説明するための図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１および図２を用いて説明する。
本実施形態のプロジェクターは、光変調素子として３枚の液晶パネルを用い、スクリーン（被投射面）上にカラー画像を表示する、３板式の液晶プロジェクターである。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本実施形態のプロジェクター１の光学系を示す概略構成図である。
図１に示すように、プロジェクター１は、第１光源部１０１と、第２光源部１０２と、均一照明光学系１１０と、色分離導光光学系２００と、光学モジュール３１と、投射光学装置６００と、を備えている。

光学モジュール３１は、青色光用光変調装置４００Ｂ（第１光変調装置）と、緑色光用光変調装置４００Ｇ（第２光変調装置）と、赤色光用光変調装置４００Ｒ（第３光変調装置）と、色合成素子５００と、を備えている。

第１光源部１０１は、第１光源２０と、集光光学系２６と、拡散板２７と、コリメート光学系２８と、を備えている。

第１光源２０は、固体光源である複数の半導体レーザー素子２０ａを備えている。半導体レーザー素子２０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４６０ｎｍの青色光ＢＬを射出する。なお、第１光源２０は、１つの半導体レーザー素子２０ａから構成されていてもよい。また、第１光源２０には、４６０ｎｍ以外のピーク波長の青色光を射出する半導体レーザー素子が用いられてもよい。半導体レーザー素子２０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光ＢＬを射出してもよい。

集光光学系２６は、第１レンズ２６ａと、第２レンズ２６ｂと、を備えている。集光光学系２６は、第１光源２０から射出された青色光を後段の拡散板２７上、もしくはその近傍に集光させる。第１レンズ２６ａおよび第２レンズ２６ｂのそれぞれは、凸レンズから構成されている。

拡散板２７は、第１光源２０から射出された青色光ＢＬを拡散させることにより、後段の波長変換素子３０から射出される蛍光光Ｙの配光分布に近い配光分布を有する青色光ＢＬに変換する。拡散板２７として、例えば光学ガラスからなる磨りガラスを用いることができる。

コリメート光学系２８は、第１レンズ２８ａと、第２レンズ２８ｂと、を備えている。コリメート光学系２８は、拡散板２７から射出された光を略平行化する。第１レンズ２８ａおよび第２レンズ２８ｂのそれぞれは、凸レンズから構成されている。

第２光源部１０２は、第２光源１０と、コリメート光学系７０と、ダイクロイックミラー８０と、コリメート集光光学系９０と、波長変換素子３０と、を備えている。

第２光源１０は、複数の半導体レーザー素子１０ａを備えている。半導体レーザー素子１０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４４５ｎｍの青色光Ｅを射出する。なお、第２光源１０は、１つの半導体レーザー素子１０ａから構成されていてもよい。また、第２光源１０には、４４５ｎｍ以外のピーク波長の青色光を射出する半導体レーザー素子が用いられてもよい。半導体レーザー素子１０ａは、発光強度のピーク波長が例えば４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光Ｅを射出してもよい。

コリメート光学系７０は、第１レンズ７２と、第２レンズ７４と、を備えている。コリメート光学系７０は、第２光源１０から射出された青色光Ｅを略平行化する。第１レンズ７２および第２レンズ７４のそれぞれは、凸レンズから構成されている。

ダイクロイックミラー８０は、コリメート光学系７０から後述のコリメート集光光学系９０までの間の青色光Ｅの光路中に、第２光源１０の光軸ａｘおよび照明光軸１００ａｘのそれぞれに対して４５°の角度で交差するように配置されている。ダイクロイックミラー８０は、青色光ＢＬおよび青色光Ｅを反射し、赤色光および緑色光を含む黄色の蛍光光Ｙを透過させる。

コリメート集光光学系９０は、第１レンズ９２と、第２レンズ９４と、を備えている。コリメート集光光学系９０は、ダイクロイックミラー８０で反射した青色光Ｅを略集光した状態で後述の波長変換素子３０の蛍光体層４２に入射させ、波長変換素子３０から射出された蛍光光Ｙを略平行化する。第１レンズ９２および第２レンズ９４のそれぞれは、凸レンズから構成されている。

波長変換素子３０は、円板４０と、反射膜４１と、蛍光体層４２と、モーター５０と、を備えている。円板４０は、モーター５０により回転可能とされている。蛍光体層４２は、円板４０の上面４０ａにおいて周方向に沿って円環状に設けられている。モーター５０は、円板４０の下面４０ｂ側に配置され、回転軸５０ａは円板４０に接続されている。

蛍光体層４２は、第２光源１０から射出された青色光Ｅを例えば５２０ｎｍ〜５８０ｎｍの波長帯の蛍光光Ｙに変換する。蛍光光Ｙは、赤色光と緑色光とを含む黄色光である。蛍光体層４２の表面には、青色光Ｅの反射を防止するための反射防止膜（図示略）が設けられている。

蛍光体層４２にレーザー光からなる青色光Ｅが入射するため、熱が発生して蛍光体層４２の機能が低下する。本実施形態では、円板４０を回転させることにより、蛍光体層４２上での青色光Ｅの入射位置を順次変化させている。これにより、蛍光体層４２の同じ箇所に青色光ＢＬが集中的に照射され、蛍光体層４２が劣化することを防止している。

本実施形態では、蛍光体層４２として、例えばセラミック蛍光層を用いることにより、蛍光体層４２の温度上昇を抑制し、温度消光と呼ばれる発光不良の発生を抑制している。蛍光体層４２は、例えばバルク状（塊状）のＹＡＧ系蛍光体であり、例えば（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅから構成される。これにより、高い蛍光光Ｙの発光効率を得ることができる。

第１光源２０から射出された青色光ＢＬは、ダイクロイックミラー８０で反射された後、波長変換素子３０から射出されてダイクロイックミラー８０を透過した黄色の蛍光光Ｙと合成され、白色光Ｗとなる。白色光Ｗは、均一照明光学系１１０に入射する。

均一照明光学系１１０は、第１レンズアレイ１２０と、第２レンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０と、を備えている。

第１レンズアレイ１２０は、複数の第１レンズ１２２を備えており、ダイクロイックミラー８０から射出された光を複数の部分光束に分割する。複数の第１レンズ１２２は、照明光軸１００ａｘと直交する面内にマトリクス状に配列されている。

第２レンズアレイ１３０は、第１レンズアレイ１２０の複数の第１レンズ１２２に対応する複数の第２レンズ１３２を備えている。第２レンズアレイ１３０は、重畳レンズ１５０とともに、第１レンズアレイ１２０の各第１レンズ１２２の像を光変調装置４００Ｒ，光変調装置４００Ｇ，光変調装置４００Ｂの画像形成領域の近傍に結像させる。複数の第２レンズ１３２は、照明光軸１００ａｘに直交する面内にマトリクス状に配列されている。

偏光変換素子１４０は、第１レンズアレイ１２０により分割された各部分光束を直線偏光に変換する。偏光変換素子１４０は、図示を省略するが、偏光分離層と、反射層と、位相差層と、を備えている。偏光分離層は、波長変換素子３０からの光に含まれる偏光成分のうち、一方の直線偏光成分をそのまま透過させるとともに他方の直線偏光成分を反射層に向けて反射させる。反射層は、偏光分離層で反射された他方の直線偏光成分を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する。位相差層は、反射層で反射された他方の直線偏光成分を一方の直線偏光成分に変換する。

重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０からの各部分光束を集光させ、光変調装置４００Ｒ，光変調装置４００Ｇ，光変調装置４００Ｂの画像形成領域の近傍で互いに重畳させる。第１レンズアレイ１２０、第２レンズアレイ１３０、および重畳レンズ１５０は、波長変換素子３０から射出された光の面内光強度分布を均一にするインテグレーター光学系を構成する。

色分離導光光学系２００は、ダイクロイックミラー２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０と、反射ミラー２４０と、反射ミラー２５０と、リレーレンズ２６０と、リレーレンズ２７０と、を備えている。色分離導光光学系２００は、白色光Ｗを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧと青色光ＬＢとに分離し、赤色光ＬＲを赤色光用光変調装置４００Ｒに導き、緑色光ＬＧを緑色光用光変調装置４００Ｇに導き、青色光ＬＢを青色光用光変調装置４００Ｂに導く。

色分離導光光学系２００と赤色光用光変調装置４００Ｒとの間には、フィールドレンズ３００Ｒが配置されている。色分離導光光学系２００と緑色光用光変調装置４００Ｇとの間には、フィールドレンズ３００Ｇが配置されている。色分離導光光学系２００と青色光用光変調装置４００Ｂとの間には、フィールドレンズ３００Ｂが配置されている。

なお、本実施形態において、赤色光ＬＲは、５９０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯の光に相当する。緑色光ＬＧは、４８０ｎｍ〜５９０ｎｍの波長帯の光に相当する。青色光ＬＢは、４３０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯の光に相当する。

ダイクロイックミラー２１０は、赤色光成分を透過させ、緑色光成分および青色光成分を反射する。ダイクロイックミラー２２０は、緑色光成分を反射し、青色光成分を透過させる。反射ミラー２３０は、赤色光成分を反射する。反射ミラー２４０および反射ミラー２５０は、青色光成分を反射する。

ダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光ＬＲは、反射ミラー２３０で反射され、フィールドレンズ３００Ｒを透過して赤色光用光変調装置４００Ｒの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２１０で反射された緑色光ＬＧは、ダイクロイックミラー２２０でさらに反射され、フィールドレンズ３００Ｇを透過して緑色光用光変調装置４００Ｇの画像形成領域に入射する。ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光ＬＢは、リレーレンズ２６０、反射ミラー２４０、リレーレンズ２７０、反射ミラー２５０、フィールドレンズ３００Ｂを経て、青色光用光変調装置４００Ｂの画像形成領域に入射する。

光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれは、液晶パネルを有している。光変調装置４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂのそれぞれは、入射された色光を画像情報に応じて変調して各色光に対応する画像を形成する。光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂの詳細な構成については、後で詳しく説明する。

色合成素子５００は、クロスダイクロイックプリズムで構成されている。色合成素子５００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれから射出された各画像光を合成する。クロスダイクロイックプリズムは、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略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。

色合成素子５００から射出された画像光は、投射光学装置６００によって拡大投射され、スクリーンＳＣＲ上で画像を形成する。すなわち、投射光学装置６００は、光変調装置４００Ｒ、光変調装置４００Ｇ、および光変調装置４００Ｂのそれぞれによって変調された光をスクリーンＳＣＲに投射する。投射光学装置６００は、複数のレンズから構成されている。

以下、光学モジュール３１について説明する。
図２は、本実施形態の光学モジュール３１の概略構成図である。
図２に示すように、光学モジュール３１は、青色光用光変調装置４００Ｂと、緑色光用光変調装置４００Ｇと、赤色光用光変調装置４００Ｒと、色合成素子５００と、を備えている。

青色光用光変調装置４００Ｂは、入射側偏光板４０１Ｂと、青色光用光変調素子４０２Ｂと、第１射出側偏光板４０３Ｂ（第１偏光素子）と、第２射出側偏光板４０４Ｂ（第２偏光素子）と、を備えている。

同様に、緑色光用光変調装置４００Ｇは、入射側偏光板４０１Ｇと、緑色光用光変調素子４０２Ｇと、第１射出側偏光板４０３Ｇ（第１偏光素子）と、第２射出側偏光板４０４Ｇ（第２偏光素子）と、を備えている。

赤色光用光変調装置４００Ｒは、入射側偏光板４０１Ｒと、赤色光用光変調素子４０２Ｒと、第１射出側偏光板４０３Ｒ（第１偏光素子）と、第２射出側偏光板４０４Ｒ（第２偏光素子）と、を備えている。

本実施形態の場合、各偏光板の構成や配置は、青色光用光変調装置４００Ｂ、緑色光用光変調装置４００Ｇ、および赤色光用光変調装置４００Ｒで全て共通である。したがって、以下、青色光用光変調装置４００Ｂで代表して構成を説明し、他の光変調装置の説明を省略する。

青色光用光変調装置４００Ｂにおいて、青色光用光変調素子４０２Ｂは、２枚の透光性基板と液晶層とを含む透過型の液晶パネルで構成されている。なお、青色光用光変調素子４０２Ｂは、上記液晶パネルの光入射側および光射出側に防塵ガラスを備えていてもよい。縦電界方式、横電界方式等の液晶パネルの方式については、特に限定されない。

第１射出側偏光板４０３Ｂは、青色光用光変調素子４０２Ｂの後段、すなわち、青色光用光変調素子４０２Ｂの光射出側に配置されている。第１射出側偏光板４０３Ｂは、第１基材６１と、第１無機偏光層６２と、第１光吸収層６３と、を有している。

第１基材６１は、透光性基板で構成され、第１面６１ａおよび第２面６１ｂを有する。透光性基板として、例えば石英、結晶化ガラス等の低熱膨張性ガラスが用いられている。ただし、透光性基板として、低熱膨張性ガラスに代えて、無アルカリガラス等が用いられてもよい。

第１無機偏光層６２は、第１基材６１の第１面６１ａに設けられたワイヤーグリッド型偏光層で構成されている。ワイヤーグリッド型偏光層は、構造複屈折型偏光層の一種であり、第１基材６１上に形成された金属薄膜に、一方向に延びる微細なリブ（図示略）が形成された構造を有している。金属薄膜は、アルミニウム、タングステン等の金属を用い、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。リブは、２光束干渉露光法、電子線描画法、Ｘ線リソグラフィー法等の露光技術とエッチング技術とを組み合わせて形成することができる。

リブのピッチは、入射する青色光ＬＢの波長より短くなるように形成されている。これにより、第１無機偏光層６２は、リブの延在方向と平行な偏光方向を有する直線偏光を反射し、リブの延在方向と垂直な偏光方向を有する直線偏光を透過させることができる。ワイヤーグリッド型偏光層は、無機材料で構成されるため、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じない。

第１光吸収層６３は、第１無機偏光層６２を挟んで第１基材６１と対向して設けられている。すなわち、第１光吸収層６３は、第１基材６１の第１面６１ａにおいて、第１無機偏光層６２の上に積層されている。第１光吸収層６３は、光吸収性を有する材料で構成されている。第１光吸収層６３は、入射した光のうちの一部を吸収する。これにより、第１光吸収層６３は、外部から第１光吸収層６３に直接入射した光の一部、もしくは第１無機偏光層６２で反射した光の一部を吸収する。

第２射出側偏光板４０４Ｂは、第１射出側偏光板４０３Ｂの後段、すなわち、第１射出側偏光板４０３Ｂの光射出側に配置されている。第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２基材６５と、第２無機偏光層６６と、第２光吸収層６７と、を有している。

第２基材６５は、ガラス等の透光性基板で構成され、第３面６５ａおよび第４面６５ｂを有する。透光性基板として、例えば無アルカリガラス等のガラスが用いられている。なお、透光性基板として、無アルカリガラスに代えて、第１基材６１と同様、石英ガラス、結晶化ガラス等の低熱膨張性ガラスが用いられてもよい。

第２無機偏光層６６は、第２基材６５の第３面６５ａに設けられたワイヤーグリッド型偏光層で構成されている。ワイヤーグリッド型偏光層の構成は、第１無機偏光層６２のワイヤーグリッド型偏光層と同様である。

第２光吸収層６７は、第２無機偏光層６６を挟んで第２基材６５と対向して設けられている。すなわち、第２光吸収層６７は、第２基材６５の第３面６５ａにおいて、第２無機偏光層６６の上に積層されている。第２光吸収層６７の構成は、第１光吸収層６３と同様である。

第１射出側偏光板４０３Ｂは、第１光吸収層６３が青色光用光変調素子４０２Ｂの光射出面４０２ｃと対向するように配置されている。また、第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２基材６５の第４面６５ｂが第１基材６１の第２面６１ｂと対向するように配置されている。換言すると、第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２光吸収層６７が色合成素子５００と対向するように配置されている。このように、第１射出側偏光板４０３Ｂと第２射出側偏光板４０４Ｂとは、第１基材６１と第２基材６５とが対向するように配置されている。

入射側偏光板４０１Ｂは、青色光用光変調素子４０２Ｂの前段、すなわち、青色光用光変調素子４０２Ｂの光入射側に配置されている。入射側偏光板４０１Ｂは、第３基材７５と、第３無機偏光層７６と、第３光吸収層７７と、を有している。入射側偏光板４０１Ｂの構成は、第１射出側偏光板４０３Ｂおよび第２射出側偏光板４０４Ｂと同様である。入射側偏光板４０１Ｂは、第３光吸収層７７が青色光用光変調素子４０２Ｂの光入射面４０２ｄと対向するように配置されている。

ここで、１枚の射出側偏光板を備えた比較例の光学モジュールについて説明する。
図４は、比較例の光学モジュール７５０の構成を説明するための図である。
なお、図４においては、青色光用光変調装置および赤色光用光変調装置の図示を省略する。

図４に示すように、比較例の光学モジュール７５０は、緑色光用光変調装置７００Ｇと、色合成素子７７０と、を備えている。緑色光用光変調装置７００Ｇは、入射側偏光板７０１Ｇと、緑色光用光変調素子７０２Ｇと、射出側偏光板７０３Ｇと、を備えている。

入射側偏光板７０１Ｇは、基材８６と、ワイヤーグリッド型偏光層からなる無機偏光層８７と、光吸収層８８と、を有する。射出側偏光板７０３Ｇは、基材９６と、ワイヤーグリッド型偏光層からなる無機偏光層９７と、光吸収層９８と、を有する。また、射出側偏光板７０３Ｇは、光吸収層９８が緑色光用光変調素子７０２Ｇの光射出面７０２ｃと対向するように配置されている。

比較例の光学モジュール７５０において、射出側偏光板７０３Ｇから射出された光が投射レンズ７８０や色合成素子７７０で反射した場合を想定する。この場合、光は、射出側偏光板７０３Ｇから射出された時点では特定の偏光方向を有しているが、投射レンズ７８０や色合成素子７７０で反射したり、射出側偏光板７０３Ｇや色合成素子７７０の基材を透過したりするうちに偏光方向が乱れる。このように、反射光ＬＦ１，ＬＦ２は、異なる偏光方向の光が混在する状態となる。

このような反射光ＬＦ１，ＬＦ２が射出側偏光板７０３Ｇの無機偏光層９７と基材９６との境界面Ｋに到達すると、無機偏光層９７が反射率の高いアルミニウム等で形成され、さらに、境界面Ｋには光吸収層が存在しないため、反射光ＬＦ１，ＬＦ２は境界面Ｋで反射する。このように、境界面Ｋで反射した反射光ＬＦ１，ＬＦ２は、射出側偏光板７０３Ｇと投射レンズ７８０や色合成素子７７０との間で迷光や戻り光となり、これらの光に起因してスクリーン上にゴーストや光漏れが発生する場合がある。

これに対して、本実施形態の光学モジュール３１においては、第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒの第２光吸収層６７が色合成素子５００と対向しているため、投射光学装置６００や色合成素子５００からの反射光が第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒに戻ってきたとしても、反射光の少なくとも一部は第２光吸収層６７によって吸収される。このようにして、第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒと投射光学装置６００や色合成素子５００との間での迷光や戻り光の発生が抑えられるため、スクリーンＳＣＲ上のゴーストや光漏れを低減することができる。

また、本実施形態の光学モジュール３１においては、第１射出側偏光板４０３Ｂ，４０３Ｇ，４０３Ｒの第１光吸収層６３が各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒと対向しているため、第１無機偏光層６２で反射して各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒに戻る迷光や戻り光の発生を抑えることができる。さらに、各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒと第１無機偏光層６２との間に第１基材６１が存在せず、各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒから射出された光が第１基材６１を透過する前に第１無機偏光層６２に入射する。これにより、光が第１基材６１を透過した際の偏光方向の乱れを抑えることができ、投射画像のコントラストの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の光学モジュール３１においては、入射側偏光板４０１Ｂ，４０１Ｇ，４０１Ｒの第３光吸収層７７が各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒと対向しているため、第３無機偏光層７６と各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒとの間に第３基材７５が存在せず、第３無機偏光層７６から射出された光が第３基材７５を透過することなく各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒに入射する。これにより、光が第３基材７５を透過した際の偏光方向の乱れを抑えることができ、投射画像のコントラストの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の光学モジュール３１においては、第１射出側偏光板４０３Ｂ，４０３Ｇ，４０３Ｒの第１基材６１および第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒの第２基材６５のそれぞれに低熱膨張性ガラスが用いられているため、第１射出側偏光板４０３Ｂ，４０３Ｇ，４０３Ｒおよび第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒに光が入射した際に熱が発生したとしても、第１基材６１および第２基材６５の熱による歪みを小さく抑えることができる。これにより、第１基材６１および第２基材６５の温度が上昇した場合であっても、光が第１基材６１および第２基材６５を透過した際の偏光方向の乱れを抑えることができ、投射画像のコントラストの低下を抑制することができる。

また、本実施形態の光学モジュール３１においては、各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒの後段に第１射出側偏光板４０３Ｂ，４０３Ｇ，４０３Ｒおよび第２射出側偏光板４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒの２枚の偏光板が設けられているため、１枚の偏光板が設けられた場合と比べて、光射出側偏光板の全体の消光比を上げることができる。その結果、本実施形態によれば、投射画像のコントラストを高めることができる。

本実施形態のプロジェクター１は、上記の光学モジュール３１を備えているため、投射画像の品質に優れる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
第２実施形態のプロジェクターの構成は第１実施形態と同様であり、光学モジュールの構成が第１実施形態と異なる。そのため、プロジェクターの全体の説明は省略する。
図３は、第２実施形態の光学モジュール３２の概略構成図である。
図３において、第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、本実施形態の光学モジュール３２は、青色光用光変調装置８００Ｂと、緑色光用光変調装置８００Ｇと、赤色光用光変調装置８００Ｒと、色合成素子５００と、を備えている。

青色光用光変調装置８００Ｂは、位相差板８０５Ｂと、入射側偏光板４０１Ｂと、青色光用光変調素子４０２Ｂと、光学補償板８０６Ｂと、第１射出側偏光板４０３Ｂ（第１偏光素子）と、放熱板８０７Ｂと、第２射出側偏光板４０４Ｂ（第２偏光素子）と、を備えている。

緑色光用光変調装置８００Ｇは、入射側偏光板４０１Ｇと、緑色光用光変調素子４０２Ｇと、光学補償板８０６Ｇと、射出側偏光板８０８Ｇと、放熱板８０７Ｇと、を備えている。

赤色光用光変調装置８００Ｒは、入射側偏光板４０１Ｒと、赤色光用光変調素子４０２Ｒと、光学補償板８０６Ｒと、第１射出側偏光板４０３Ｒと、放熱板８０７Ｒと、第２射出側偏光板８０９Ｒと、位相差板８０５Ｒと、を備えている。

このように、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、青色光用光変調装置８００Ｂ、緑色光用光変調装置８００Ｇおよび赤色光用光変調装置８００Ｒのそれぞれが互いに異なる構成を有している。具体的には、第２実施形態では、青色光用光変調装置８００Ｂは、青色光用光変調素子４０２Ｂの後段に２枚の無機偏光板を有し、緑色光用光変調装置８００Ｇは、緑色光用光変調素子４０２Ｇの後段に１枚の無機偏光板を有し、赤色光用光変調装置８００Ｒは、赤色光用光変調素子４０２Ｒの後段に１枚の無機偏光板と１枚の有機偏光板とを有している。

青色光用光変調装置８００Ｂにおいて、位相差板８０５Ｂは、入射側偏光板４０１Ｂの前段、すなわち、入射側偏光板４０１Ｂの光入射側に配置されている。位相差板８０５Ｂは、１／２波長板で構成されている。位相差板８０５Ｂは、位相差板８０５Ｂを透過する光に光の波長の１／２の位相差を付与する。これにより、位相差板８０５Ｂに入射した第１の直線偏光（例えばＰ偏光）は、位相差板８０５Ｂを透過することによって第１の直線偏光の偏光方向と直交する偏光方向を有する第２の直線偏光（例えばＳ偏光）に変換される。

入射側偏光板４０１Ｂは、青色光用光変調素子４０２Ｂの前段、すなわち、青色光用光変調素子４０２Ｂの光入射側に配置されている。入射側偏光板４０１Ｂは、第３基材７５と、第３無機偏光層７６と、第３光吸収層７７と、を有している。入射側偏光板４０１Ｂは、第３光吸収層７７が青色光用光変調素子４０２Ｂの光入射面４０２ｄと対向するように配置されている。

青色光用光変調素子４０２Ｂは、２枚の透光性基板と液晶層とを含む透過型の液晶パネルで構成されている。なお、青色光用光変調素子４０２Ｂは、上記液晶パネルの光入射側および光射出側に防塵ガラスを備えていてもよい。縦電界方式、横電界方式等の液晶パネルの方式については、特に限定されない。

光学補償板８０６Ｂは、青色光用光変調素子４０２Ｂの後段、すなわち、青色光用光変調素子４０２Ｂの光射出側に配置されている。液晶プロジェクターの場合、光変調素子に対して光が斜めに透過する際に光漏れが生じると、画像のコントラストが低下する。そのため、光学補償板８０６Ｂによって斜めに透過する光の位相差を補償することにより、コントラストの低下を抑えることができる。

第１射出側偏光板４０３Ｂは、光学補償板８０６Ｂの後段、すなわち、光学補償板８０６Ｂの光射出側に配置されている。第１射出側偏光板４０３Ｂは、第１基材６１と、ワイヤーグリッド型偏光層からなる第１無機偏光層６２と、第１光吸収層６３と、を有している。第１射出側偏光板４０３Ｂの構成は、第１実施形態の第１射出側偏光板と同様である。

放熱板８０７Ｂは、第１射出側偏光板４０３Ｂの後段、すなわち、第１射出側偏光板４０３Ｂの光射出側に配置されている。放熱板８０７Ｂは、例えば熱伝導率が高く、透光性を有するサファイアガラス等の板材から構成されている。放熱板８０７Ｂは、第１射出側偏光板４０３Ｂに接触していてもよいし、第１射出側偏光板４０３Ｂからわずかに離間していてもよい。２枚の射出側偏光板４０３Ｂ，４０４Ｂのうち、光が先に入射する第１射出側偏光板４０３Ｂには熱が生じやすい。そのため、放熱板８０７Ｂを通して第１射出側偏光板４０３Ｂの熱を外部に放出することにより、第１射出側偏光板４０３Ｂの温度上昇を抑制し、第１射出側偏光板４０３Ｂの信頼性を確保することができる。

第２射出側偏光板４０４Ｂは、放熱板８０７Ｂの後段、すなわち、放熱板８０７Ｂの光射出側に配置されている。第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２基材６５と、第２無機偏光層６６と、第２光吸収層６７と、を有している。第２射出側偏光板４０４Ｂの構成は、第１実施形態の第２射出側偏光板と同様である。

第１実施形態と同様、第１射出側偏光板４０３Ｂは、第１光吸収層６３が光学補償板８０６Ｂを挟んで青色光用光変調素子４０２Ｂの光射出面４０２ｃと対向するように配置されている。また、第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２基材６５の第４面６５ｂが放熱板８０７Ｂを挟んで第１基材６１の第２面６１ｂと対向するように配置されている。換言すると、第２射出側偏光板４０４Ｂは、第２光吸収層６７が色合成素子５００と対向するように配置されている。

緑色光用光変調装置８００Ｇにおいて、射出側偏光板８０８Ｇは、緑色光用光変調素子４０２Ｇの後段、すなわち、緑色光用光変調素子４０２Ｇの光射出側に配置されている。射出側偏光板８０８Ｇは、基材６１と、無機偏光層６２と、第１光吸収層６８と、第２光吸収層６９と、を有している。緑色光用光変調装置８００Ｇの場合、射出側偏光板８０８Ｇが１枚しか設けられていないため、無機偏光層６２で反射して色合成素子５００に戻る迷光や戻り光の発生を抑える目的で、第１光吸収層６８に加えて、基材６１と無機偏光層６２との間に第２光吸収層６９が設けられている。

赤色光用光変調装置８００Ｒにおいて、第１射出側偏光板４０３Ｒは、赤色光用光変調素子４０２Ｒの後段、すなわち、赤色光用光変調素子４０２Ｒの光射出側に配置されている。第１射出側偏光板４０３Ｒは、第１基材６１と、ワイヤーグリッド型偏光層からなる第１無機偏光層６２と、第１光吸収層６３と、を有している。第１射出側偏光板４０３Ｒの構成は、第１実施形態の第１射出側偏光板と同様である。

放熱板８０７Ｒは、第１射出側偏光板４０３Ｒの後段、すなわち、第１射出側偏光板４０３Ｒの光射出側に配置されている。放熱板８０７Ｒの構成は、青色光用光変調装置８００Ｂの放熱板８０７Ｂと同様である。

第２射出側偏光板８０９Ｒは、放熱板８０７Ｒの後段、すなわち、放熱板８０７Ｒの光射出側に配置されている。第２射出側偏光板８０９Ｒは、樹脂材料からなる有機偏光板で構成されている。第２射出側偏光板８０９Ｒの偏光度は、第１射出側偏光板４０３Ｒの偏光度に比べて低くてよく、例えば２：１程度でもよい。

光学モジュール３２のその他の構成は、第１実施形態の光学モジュール３１と同様である。

本実施形態の光学モジュール３２においても、青色光用光変調装置８００Ｂにおいて第２射出側偏光板４０４Ｂの第２光吸収層６７が色合成素子５００と対向しているため、投射光学装置６００や色合成素子５００からの青色反射光が第２射出側偏光板４０４Ｂに戻ってきたとしても、青色反射光の少なくとも一部は第２光吸収層６７によって吸収される。このようにして、青色光ＬＢについて、第２射出側偏光板４０４Ｂと投射光学装置６００や色合成素子５００との間での迷光や戻り光の発生が抑えられる。

また、緑色光ＬＧについては、射出側偏光板８０８Ｇの色合成素子５００に対向して第２光吸収層６９が設けられているため、無機偏光層６２と投射光学装置６００や色合成素子５００との間での迷光や戻り光の発生が抑えられる。

また、赤色光ＬＲについては、有機偏光板からなる第２射出側偏光板８０９Ｒが第１射出側偏光板４０３Ｒと色合成素子５００との間に設けられているため、投射光学装置６００や色合成素子５００からの反射光が第２射出側偏光板８０９Ｒで吸収される。このようにして、本実施形態の光学モジュール３２によれば、第１実施形態と同様の光変調装置を適用した青色光用光変調装置８００Ｂだけでなく、緑色光用光変調装置８００Ｇおよび赤色光用光変調装置８００Ｒに対しても投射光学装置６００や色合成素子５００からの反射光を低減できるため、スクリーンＳＣＲ上のゴーストや光漏れを低減することができる。

本実施形態の光学モジュール３２において、緑色光用光変調装置８００Ｇについては、緑色光ＬＧのコントラストが青色光ＬＢおよび赤色光ＬＲに比べてもともと高く、射出側偏光板の消光比を特に高める必要がないため、射出側偏光板８０８Ｇを１枚のみ使用している。また、赤色光用光変調装置８００Ｒについては、赤色光ＬＲの持つエネルギーが青色光ＬＢおよび緑色光ＬＧに比べて低く、偏光板の信頼性が問題とならないため、２枚の射出側偏光板のうちの１枚に有機偏光板を使用している。このように、色光ごとに光変調装置の構成を変えることによって、光学モジュール３２の構成の簡略化および低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の光学モジュール３２においても、第１射出側偏光板４０３Ｂ，４０３Ｒの第１光吸収層６３および射出側偏光板８０８Ｇの第１光吸収層６８が各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ，４０２Ｒと対向し、入射側偏光板４０１Ｂ，４０１Ｇ，４０１Ｒの第３光吸収層７７が各光変調素子４０２Ｂ，４０２Ｇ、４０２Ｒと対向しているため、投射画像のコントラストの低下を抑制することができる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態では、第１無機偏光層および第２無機偏光層がワイヤーグリッド型偏光層で構成されている例を示したが、ワイヤーグリッド型偏光層に代えて、第１無機偏光層および第２無機偏光層が無機材料を積層した形態の無機偏光層で構成されていてもよい。

また、第１実施形態では、青色光用光変調装置、緑色光用光変調装置および赤色光用光変調装置の全てに本発明の光変調装置の構成を適用し、第２実施形態では、青色光用光変調装置のみに本発明の光変調装置の構成を適用した例を示した。これらの構成に限ることなく、青色光用光変調装置、緑色光用光変調装置および赤色光用光変調装置のうちの少なくとも一つに本発明の光変調装置の構成を適用すればよい。

その他、光変調装置、光学モジュール、およびプロジェクターの各構成要素の形状、数、配置、材料等の具体的な記載については、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。上記実施形態のプロジェクターにおいては、蛍光体を含む波長変換素子と励起用光源とを備えた光源装置を用いた例を示したが、これに限定されない。例えば放電ランプを備えた光源装置を用いてもよいし、レーザー光源、発光ダイオード光源等の固体光源を備えた光源装置を用いてもよい。

１…プロジェクター、３１，３２…光学モジュール、６１…第１基材、６１ａ…第１面、６１ｂ…第２面、６２…第１無機偏光層、６３…第１光吸収層、６５…第２基材、６５ａ…第３面、６５ｂ…第４面、６６…第２無機偏光層、６７…第２光吸収層、４００Ｂ…青色光用光変調装置（第１光変調装置）、４００Ｇ…緑色光用光変調装置（第２光変調装置）、４００Ｒ…赤色光用光変調装置（第３光変調装置）、４０２Ｂ…青色光用光変調素子（光変調素子）、４０２Ｇ…緑色光用光変調素子（光変調素子）、４０２Ｒ…赤色光用光変調素子（光変調素子）、４０３Ｂ，４０３Ｇ，４０３Ｒ…第１射出側偏光板（第１偏光素子）、４０４Ｂ，４０４Ｇ，４０４Ｒ…第２射出側偏光板（第２偏光素子）、５００…色合成素子、６００…投射光学装置、ＬＢ…青色光（第１の色光）、ＬＧ…緑色光（第２の色光）、ＬＲ…赤色光（第３の色光）。

Claims (7)

1. 光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子から射出された光が入射する第１偏光素子と、
   前記第１偏光素子から射出された光が入射する第２偏光素子と、
   を備え、
   前記第１偏光素子は、第１面および第２面を有する第１基材と、前記第１面に設けられた第１無機偏光層と、前記第１無機偏光層を挟んで前記第１基材と対向して設けられた第１光吸収層と、を有し、
   前記第２偏光素子は、第３面および第４面を有する第２基材と、前記第３面に設けられた第２無機偏光層と、前記第２無機偏光層を挟んで前記第２基材と対向して設けられた第２光吸収層と、を有し、
   前記第１偏光素子は、前記第１光吸収層が前記光変調素子の光射出面と対向するように配置され、
   前記第２偏光素子は、前記第２基材の前記第４面が前記第１基材の前記第２面と対向するように配置された、光変調装置。
2. 前記第１無機偏光層は、ワイヤーグリッド型偏光層で構成されている、請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記第２無機偏光層は、ワイヤーグリッド型偏光層で構成されている、請求項１または請求項２に記載の光変調装置。
4. 前記第１基材および前記第２基材の少なくとも一方は、低熱膨張性ガラスで構成されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の光変調装置。
5. 第１の色光を画像信号に基づいて変調する第１光変調装置と、
   第２の色光を画像信号に基づいて変調する第２光変調装置と、
   第３の色光を画像信号に基づいて変調する第３光変調装置と、
   前記第１光変調装置によって変調された前記第１の色光と、前記第２光変調装置によって変調された前記第２の色光と、前記第３光変調装置によって変調された前記第３の色光と、を合成して合成光を生成する色合成素子と、
   を備え、
   前記第１光変調装置、前記第２光変調装置および前記第３光変調装置のうちの少なくとも一つは、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光変調装置である、光学モジュール。
6. 光を射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出された前記光が入射し、前記合成光を射出する、請求項５に記載の光学モジュールと、
   前記光学モジュールから射出された前記合成光を被投射面上に投射する投射光学装置と、
   を備えた、プロジェクター。
7. 光を射出する光源装置と、
   前記光源装置から射出された光を画像信号に基づいて変調する光変調装置と、
   前記光変調装置によって変調された光を被投射面上に投射する投射光学装置と、
   を備え、
   前記光変調装置は、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光変調装置である、プロジェクター。

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