JP4574239B2

JP4574239B2 - 投影装置

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Publication number: JP4574239B2
Application number: JP2004172843A
Authority: JP
Inventors: 和弘藤田; 淳高浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-06-10
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2024-06-10
Also published as: JP2005352174A

Description

この発明は投影装置に関する。

照明光束を、偏光ビームスプリッタを介して反射型ライトバルブに照明し、反射型ライトバルブにより偏光変調された画像情報光を、偏光分離素子を介して結像光学系へ導光し、結像光学系により投影結像させる投影装置が実用化されている。

偏光ビームスプリッタは一般的にプリズム状のものが用いられるが、近来、ワイヤグリッド（所謂「金線格子」）を用いた偏光分離素子や反射型偏光分離フィルム（ＭＲＰＢ）を偏光ビームスプリッタとして用いる投影装置も知られている（特許文献１、２）。

ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子は「平行平板状の基板に形成された微細な凹凸形状の凹部に極く細い金線を配設したもの」であり、ある厚みを持った平行平板状の透明基板が必要である。上記ＭＲＰＢはフィルム状であるがその厚さは、使用波長によるが、特許文献２に開示されたものでは１６９μｍ〜１９６μｍ（略０．２ｍｍ）の厚さがある。

これらの偏光分離素子は、偏光状態に応じて光を透過させ、あるいは反射するので、この性質を利用して「光源から反射型ライトバルブへ向かう照明光の光路」と、「反射型ライトバルブにより偏光変調されて結像光学系へ向かう画像情報光の光路」との分離が行われる。このような光路分離方式では、偏光分離素子は「画像情報光の光路に対して傾けて配置」されることになる。

従来から知られた「プリズム状の偏光ビームスプリッタ」は、プリズム内に保持された偏光分離膜が画像情報光の光路に対して４５度に傾くが、この場合、偏光分離膜はその厚さを実質上無視できるので偏光分離幕の厚さに起因する問題は生じない。

しかしながら、上記ＭＲＰＢやワイヤグリッドを用いた偏光分離素子はその厚さ（ＭＲＰＢの場合で０．２ｍｍ程度、ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子の場合で基板厚：１〜数ｍｍ程度）は無視できず、これら偏光分離素子を画像情報光の光路に対して傾けて設けると、素子の厚みのために非点収差が発生し、投影画像の像質劣化の原因となる。

上記非点収差の発生を、図８を参照して説明する。
図８（ａ）において、符号８１は結像光学系である「投影レンズ」、符号８２は平行平板状の「偏光分離素子」を示す。図８の左側の遠方にあるスクリーン上の１点（説明の簡単のために結像光学系８１の光軸上にある点とする）から発した光束を光線追跡したときの情況が、図８（ａ）に示されている。上記光束は投影レンズ８１を透過すると図中に示す「集光点」に集光する集光光束となる。

この集光光束の集光位置（集光点）は、理想的には上記「スクリーン上の１点」と結像関係で結ばれた反射型ライトバルブ上の画素位置である。図８（ａ）には上記集光光束を光軸光線Ｌ０と、周辺光束ＬＵ、ＬＬの３本の光線で表している。

平行平板状の偏光分離素子８２は、光軸光線Ｌ０の光路に対して例えば角：θ₀だけ傾いている。このとき偏光分離素子８２の厚みをｄ、屈折率をｎとすると、光軸光線Ｌ０の偏光分離素子８２への入射角はθ_０となり、偏光分離素子８２による屈折の作用で、偏光分離素子８２を透過した光軸光線Ｌ_０の光路は、
ΔＤ＝ｄ｛１−（１／ｎ）｝ｓｉｎθ_０
だけずれる。

周辺光線ＬＵ、ＬＬの偏光分離素子８２への入射角をθ_Ｕ、θ_Ｌとすると、図８（ａ）から明らかなように、θ_Ｕ＜θ_０＜θ_Ｌである。このことから、偏光分離素子８２を透過した後の各光線の「光路のずれ」は、周辺光束ＬＵとＬＬとで互いに異なり、偏光分離素子透過後、周辺光線ＬＵ、ＬＬは光軸光線Ｌ_０に対して非対称となる。

このため、これら光線は本来なら「集光点」で１点に集光すべきであるが、「集束部近傍」を拡大する図８（ｂ）に示すように、周辺光線ＬＵ、ＬＬと光軸光線Ｌ０とは１点で交わらない。
このことは「光線の進行を逆」に考えた場合、反射型ライトバルブの１つの画素から出た光束は偏光分離素子８２による非点収差のためスクリーン上の１点に集光せず「画素像がぼやける」ことになる。従って、平行平板状の偏光分離素子８２による非点収差は「投影画像の解像度」を低下させる原因となる。

ＭＲＰＢは従来の誘電体多層膜に比して「入射角度を大きくとっても偏光分離特性が高く、投射性能の１つであるコントラスト性能を極めて良好にできる」という大きなメリットを有しているが、その厚さが「数分の１ｍｍ程度」と大きいため、発生する非点収差を無視できず、やはり平行平板状の偏光分離素子に特有の上記問題を招来する。

特許文献２には、ＭＲＰＢの厚みに起因する「光軸光線の光路ずれ」を補正する方法として、図９に示す如きものが記載されている。
偏光分離素子であるＭＲＰＢ９１は、フィルムの厚み：０．２ｍｍ、屈折率：１．５５のもので直角プリズム９２に接合され、（図示されない）投影レンズの光軸に対して４５度傾けて設けられる。従って、光軸光線Ｌ０に対するＭＲＰＢ９１の「実効的な膜厚」は、０．２／ｓｉｎ４５°＝０．２×１．４１４２＝０．２８２８４ｍｍである。

ＭＲＰＢ９１の直角プリズム９２との接合面とは逆の側の面には、ＭＲＰＢ９１の媒質の屈折率より大きい屈折率：１．９２を持つ厚さ：４ｍｍ前後の平行平板９３が接合され、この平行平板９３に直角プリズム９４が接合されている。直角プリズム９２、９４の材質の屈折率は共に１．８５である。

このような光学素子に対し、既存の光線追跡プログラムによって光線の状態を描いてみると、図示のように、光軸光線Ｌ０に対しては、高屈折率の平行平板９３により「ＭＲＰＢ透過後の光路のずれ」が補正されている。しかしながら、周辺光線ＬＵ、ＬＬの交点は、図示の如く光軸光線上からずれる。即ち、光軸光線Ｌ０の光路のずれは補正されても、非点収差自体は補正されない。

米国特許第６４４７１２０号明細書ＵＳ２００３／００４８４２３公開公報

この発明は、画像情報光の光軸光線に対して傾けて配置される平行平板状の偏光分離素子を使用する投影装置において、偏光分離素子に起因して発生する非点収差を有効に軽減もしくは補正することを課題とする。

この発明の投影装置は「照明光束を、平行平板状の偏光分離素子を介して反射型ライトバルブに照明し、反射型ライトバルブにより偏光変調された画像情報光を上記偏光分離素子を介して結像光学系へ導光し、結像光学系により投影結像させる投影装置」である。

「平行平板状の偏光分離素子」は、例示すれば上述のワイヤグリッドを用いた偏光分離素子や反射型偏光分離フィルム（ＭＲＰＢ）等である。偏光分離素子が「平行平板状」であるとは、偏光分離素子の両面が、偏光状態によって光を分離する面状部分（例えば、金線格子が配設された面状部分など）と平行であることを意味する。

「反射型ライトバルブ」は、例示すれば反射型液晶パネル等であり、画素配列により画像情報が表示され、画像情報に応じて「反射光の偏光面を入射光の偏光面に対して旋回」させる。このように画像情報に応じて入射光の偏光面を旋回させることが「偏光変調」であり、画像情報に応じて偏光変調された光束が「画像情報光」である。

請求項１記載の投影装置は以下のごとき特徴を有する。
即ち、非点収差補正素子を有する。
「非点収差補正素子」は、画像情報光の光軸光線（画像情報光を結像投影する結像光学系の光軸に対応する光線）が偏光分離素子に対して傾いていることに起因して発生する非点収差を補正する素子であって、画像情報光の光路上に配置される。
非点収差補正素子は、画像情報光の光路上場において、偏光分離素子と結像光学系との間に配置される。
また、変更分離素子は第１の透明媒質と直角プリズムとにより挟持され、この直角プリズムと第２の透明媒質とにより、非点収差補正素子が挟持される。

非点収差補正素子は「透明な平行平板状」であって、「画像情報光の光軸光線に直交する仮想的な平面に関して、偏光分離素子と逆向きに傾けて配置」される。
非点収差補正素子の「画像情報光の光軸光線に直交する仮想的な平面に対する傾き角」は「非点収差を良好に軽減もしくは補正する」ように設定される。
例えば、上記仮想的な平面に対して、偏光分離素子と対称的になるように傾けることは有効であるが、これに限らず、種々の傾き角が許容される。
例えば、偏光分離素子の厚さより薄い補正素子の場合、傾き角度を逆向きに大きくし、補正量を調整することができる。また、偏光分離素子の厚さより厚い補正素子の場合、傾き角度は小さめにし、補正量を調整すればよい。
また、厚みが同じでも、偏光分離素子の屈折率より、補正素子の屈折率が低い場合は、傾き角度を逆向きに大きくし、補正量を調整することができる。また、偏光分離素子の屈折率より、補正素子の屈折率が高い場合は、傾き角度を小さくし、補正量を調整することができる。

上記請求項１記載の投影装置に用いられる非点収差補正素子は「屈折率および厚さが、偏光分離素子の媒質の屈折率および厚さと実質的に等しい」ものであること（請求項２）もできるし、「光学的厚さ（屈折率と機械的な厚さとの積）が、偏光分離素子の媒質の光学的厚さと実質的に等しい」ものであること（請求項３）もできる。

請求項１〜３の任意の１に記載の投影装置において用いられる平行平板状の偏光分離素子は「透明基板上に形成された金線格子によって機能する偏光子（前述の「ワイヤグリッドを利用した偏光分離素子」）」であること（請求項４）もできるし、「複数の複屈折層を積層した偏光分離素子」であることもできる（請求項５）。請求項５における「複数の複屈折層を積層した偏光分離素子」には、前述の「反射型偏光分離フィルム（ＭＲＰＢ）」が含まれるほか、「平行平板状の透明基板の片面に、従来の多層膜による偏光分離膜を形成したもの」や「多層膜による偏光分離膜を１対の透明平行平板により挟持したもの」等が含まれる。

請求項１〜５の任意の１に記載の投影装置においては「第１および第２の透明媒質と、直角プリズムとが同一の硝材で形成されている」ことができ（請求項６）、この場合、第１および第２の透明媒質が共に、直角プリズム状であることができ（請求項７）、さらに、偏光分離素子および非点収差補正素子が、これらを挟持する第１および第２の透明媒質と直角プリズムと共に一体化されていることができる（請求項８）。
請求項１〜８の任意の１に記載の投影装置において用いられる非点収差補正素子は「偏光選択性を持つ偏光子の機能を有する」ことが好ましい（請求項９）。

上記の結像光学系はレンズ系として構成することも、結像ミラー系として構成することもでき、レンズとミラーとの複合系として構成することもできる。

上述の如く、この発明によれば、平行平板状の偏光分離素子を有する投影装置が「非点収差補正素子」を有するので、平行平板状の偏光分離素子が、画像情報光の光軸光線に対して傾けて配置されることに起因して発生する非点収差を有効に軽減もしくは補正することができ、上記非点収差による投影画像の像質劣化を有効に改善できる。

以下、実施の形態を説明する。
実施の形態の説明に先立って、光分離素子と非点収差補正素子について説明する。
図１（ａ）は、投影装置における結像光学系と偏光分離素子と、非点収差補正素子の部分を示している。
「結像光学系」は投影レンズ１３である。偏光分離素子１１は平行平板状であって、投影レンズ１３の光軸に直交する面に対して傾き角：θをもって傾けられている。
非点収差補正素子１２も平行平板状であって、投影レンズ１３の光軸に対して傾き角：θをもって傾けられているが、非点収差補正素子１２の傾きは、偏光分離素子１１の傾きとは逆である。即ち、非点収差補正素子１２は、画像情報光の光軸光線（投影レンズ１３の光軸に対応する光線）Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して、偏光分離素子１１と逆向きに傾けて配置される。図１の実施の形態では、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２とは「傾き方は互いに逆」であるが、傾き角：θは同じであるので「画像情報光の光軸光線Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して互いに対称的に傾く」ことになる。

「反射型液晶パネル」等である反射型ライトバルブ（図示されず）は、図１（ａ）において、鎖線１０で示す平面（この平面１０は、投影レンズ１３の光軸に直交する）に画像表示面を合致させて配置される。
図示されない光源側からの照明光束ＬＦは、その偏光状態が偏光分離素子１１に対してＳ偏光となるように偏光状態を調整され、図の如く偏光分離素子１１の下方から照射され、偏光分離素子１１により反射されて「図示されない反射型ライトバルブ」を照明する。

反射型ライトバルブに画像情報が印加されると、反射光束は「偏光変調」されて画像情報光となり、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２を透過して投影レンズ１３に入射し、投影レンズ１３の結像作用により投影画像を図示されないスクリーン上に結像する。

即ち、図１（ａ）に示す投影装置は、照明光束ＬＦを、平行平板状の偏光分離素子１１を介して反射型ライトバルブ（図示されず）に照明し、反射型ライトバルブにより偏光変調された画像情報光を、偏光分離素子１１を介して結像光学系１３へ導光し、結像光学系１３により投影結像させる投影装置において、画像情報光の光軸光線が偏光分離素子１１に対して傾いていることに起因して発生する非点収差を補正する非点収差補正素子１２を画像情報光の光路上に有し、非点収差補正素子１２は透明な平行平板状であって、画像情報光の光軸光線に直交する仮想的な平面に関して、偏光分離素子１１と逆向きに傾けて配置される投影装置である。

図１において、偏光分離素子１１は「ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子」であり、非点収差補正素子１２は、偏光分離素子１１の透明基板と同一材料で同一厚さのものを用いた。また、図１（ａ）に示す傾き角：θは４５度である。
結像状態における結像光線を逆追跡した。即ち、スクリーン側（図１（ａ）の左方）からの光線（理想的には反射型ライトバルブの画像表示面上に結像する）を逆追跡したところ、図１（ｂ）に示すように、光軸光線Ｌ０、周辺光線ＬＵ、ＬＬが反射型ライトバルブの画像表示面１０位置において１点に集光した。即ち、偏光分離素子１１において発生する非点収差は非点収差補正素子１２により完全に補正された。

偏光分離素子１１としては上述の「ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子」のほかにも、透明基板に誘電体多層膜による偏光分離膜を形成したもの（ＭＲＰＢもこのカテゴリに含まれる）を用いることが出来ることは言うまでもない。

また、上の例では、偏光分離素子１１、非点収差補正素子１２の傾き角：θを４５度としたが、傾き角：θは４５度以外の角であることもでき、また、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２とで傾き角が異なっても良い。

このように、極めて簡素な構成の非点収差補正素子を用いることにより、偏光分離素子に起因して発生する非点収差を補正でき、より高解像度の投影画像を得ることができる。

図２は投影装置の「別形態」の特徴部分を図１（ａ）に倣って示している。繁雑を避けるため、混同の虞れが無いと思われるものについては、図１におけると同一の符号を付した。

図２の形態が図１のものと異なるのは、非点収差補正素子１２Ａが用いられている点である。非点収差補正素子１２Ａは「その光学的厚さが、偏光分離素子１１の媒質の光学的厚さと実質的に等しい」ものである。
即ち、偏光分離素子１１に用いた基板の屈折率をｎ１、機械的厚さをＴ１とすると、偏光分離素子１１の光学的厚さは「ｎ１・Ｔ１」である。非点収差補正素子１２Ａの媒質の屈折率をｎ２、厚さをＴ２とするとき、その光学的厚さは「ｎ２・Ｔ２」であり、この光学的厚さ「ｎ２・Ｔ２」が偏光分離素子１１の光学的厚さ「ｎ１・Ｔ１」に等しく設定されている。

結像光線を図１の形態と同様にスクリーン側（図２の左方）から逆追跡した結果、図２に示すように、光軸光線Ｌ０、周辺光線ＬＵ、ＬＬは、反射型ライトバルブの画像表示面１０位置において１点に集光した。即ち、偏光分離素子１１において発生する非点収差は非点収差補正素子１２Ａにより完全に補正された。

このような非点収差補正素子１２Ａを用いると、非点収差補正素子の硝材（媒質）を選択する上で自由度が向上する。また、色収差補正等、光学系の一部として設計パラメータに含めることができるので光学系の性能向上を図るための設計の自由度を向上できる。

上に説明した実施の形態において、偏光分離素子１１として「ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子」を用いたが、ワイヤグリッドを用いた偏光分離素子には以下のごとき利点がある。
即ち、誘電体多層膜を用いる偏光分離素子の場合、誘電体多層膜に対して４５度以外の斜め方向から入射する光束（所謂「スキュー光」）は、若干傾いた偏光となって反射される。この光束が反射型ライトバルブで偏光変調され、再び偏光分離素子を透過すると「本来は黒として表示されるべき画素」からの光の偏光状態はＳ偏光であるが、偏光分離素子を透過した画像情報光にＰ偏光成分が含まれることとなり、結果として、光の漏れが発生して投影画像のコントラストの低下を招く。

ワイヤグリッドを用いる偏光分離素子を用いると、ワイヤグリッドがクリーナとして機能し、上記「黒として表示されるべき画素からの反射光」を遮断するので、照明光にスキュー光が含まれていても「コントラストの高い投影画像」を実現することができる。

図１、図２の形態において、偏光分離素子１１としてはまた「複数の複屈折層を積層した偏光分離素子（「積層型偏光分離素子」）」を用いることができる。
積層型偏光分離素子としては従来から知られた「有機多層膜を用いたもの」等を挙げることができる。有機多層膜は数百μｍと膜厚が大きく、透過光路中に斜めに設置されると非点収差の発生が避けられないが、この発明で用いる非点収差補正素子を用いることで、非点収差による解像度の劣化を有効に軽減もしくは防止することができる。

図３は、他の形態を要部のみ示している。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図１におけると同一の符号を用いた。
図３の形態においては、平板状の偏光分離素子１１は直角プリズム状の透明媒質３１Ａと３１Ｂとにより挟持されてキューブプリズム状とされ、非点収差補正素子１２も、直角プリズム状の透明媒質４１Ａと４１Ｂとにより挟持されてキューブプリズム状となっている。

このような構成は、偏光分離素子１１、非点収差補正素子１２が共に、機械的厚さの小さいものの場合に有効である。例えば、偏光分離素子１１が「厚膜フィルム状の有機多層膜」やＭＲＰＢであるような場合である。非点収差補正素子１２は、偏光分離素子１１の媒質と実質的に同じ屈折率を持ち、実質的に同じ厚さを持つものである。偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２との位置関係は、光軸光線Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して互いに対称的であり、上記仮想的平面に対する傾き角の大きさは互いに等しい。

透明媒質３１Ａ、３１Ｂは同一材料、透明媒質４１Ａ、４１Ｂも同一材料であるが、これら全てが同一材料であること、即ち、これらは同一の屈折率を持つことが好ましい。透明媒質３１Ａ、３１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂはガラス材料等で形成できる。

この形態の場合にも、前述した「結像光線の逆追跡」の結果、図の如く、光軸光線Ｌ０、周辺光線ＬＵ、ＬＬは、反射型ライトバルブの画像表示面１０位置において１点に集光した。即ち、偏光分離素子１１において発生する非点収差は非点収差補正素子１２により完全に補正された。

図４は、さらに他の形態を要部のみ示している。繁雑を避けるため、混同の虞がないと思われるものについては図２、図３におけると同一の符号を用いた。
図４の実施の形態においては、平板状の偏光分離素子１１は直角プリズム状の透明媒質３１Ａと３１Ｂとにより挟持されてキューブプリズム状とされ、非点収差補正素子１２Ａも、直角プリズム状の透明媒質４２Ａと４２Ｂとにより挟持されてキューブプリズム状となっている。

この実施の形態においても、偏光分離素子１１、非点収差補正素子１２は共に機械的厚さの小さいもの、例えば、偏光分離素子１１が膜厚フィルム状の有機多層膜やＭＲＰＢであるような場合である。非点収差補正素子１２Ａはその光学的厚さ（屈折率：ｎ２×機械的厚さ：Ｔ２）が、偏光分離素子１１の光学的厚さ（屈折率：ｎ１×機械的厚さ：Ｔ１）に等しく設定されたものであり、これら偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２Ａとの位置関係は、光軸光線Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して互いに対称的であり、上記仮想的平面に対する傾き角の大きさは互いに等しい。

透明媒質３１Ａ、３１Ｂは同一材料、透明媒質４２Ａ、４２Ｂも同一材料であるが、これら全てが同一材料であること、即ち、これらは同一の屈折率を持つことが好ましい。透明媒質３１Ａ、３１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂはガラス材料等で形成できる。

この形態の場合にも、前述した「結像光線の逆追跡」の結果、図の如く、光軸光線Ｌ０、周辺光線ＬＵ、ＬＬは、反射型ライトバルブの画像表示面１０位置において１点に集光した。即ち、偏光分離素子１１において発生する非点収差は非点収差補正素子１２Ａにより完全に補正された。

偏光分離素子が有機多層膜等である場合、それ自体では平面度を出しにくいが、図３や図４の形態のようにすることは、平面度保持の点で大変有利となり、非点収差補正により投影画像の解像度劣化を防ぐことができる。

図５は、この発明の実施の１形態を示すものであり、混同の虞がないと思われるものについては図３におけると同一の符号を付した。
この実施の形態では、図３の形態における直角プリズム状の透明媒質３１Ａと４１Ａとが１個の直角プリズム４０として一体化されている。従って、偏光分離素子１１は透明媒質３１Ｂと透明媒質（直角プリズム）４０とにより挟持され、非点収差補正素子１２は透明媒質４１Ｂと透明媒質（直角プリズム）４０とにより挟持される。偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２との位置関係は、光軸光線Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して互いに対称的で、仮想的平面に対する傾き角の大きさ（＝４５度）は互いに等しい。

また、透明媒質３１Ｂ、４０、４１Ｂは同じ材質で同一の屈折率を有する。また、偏光分離素子１１および非点収差補正素子１２が、これらを挟持する同一の硝材３１Ｂ、４０、４１Ｂと共に一体化されている。

このように、偏光分離素子１１および非点収差補正素子１２が、これらを挟持する透明媒質３１Ｂ、４０、４１Ｂと共に一体化されることにより、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２の位置関係を高精度に保つことができ、組み付け性が良い。また、界面も減らすことができるので界面反射による光量ロスが少なく、光利用効率的にも有利である。

図６は、実施の他の形態を示す。混同の虞がないと思われるものについては図４におけると同一の符号を付した。
この実施の形態では、図４の形態における直角プリズム状の透明媒質３１Ａと４２Ａとが１個の直角プリズム４０Ａとして一体化されている。従って、偏光分離素子１１は透明媒質３１Ｂと透明媒質（直角プリズム）４０とにより挟持され、非点収差補正素子１２Ａは透明媒質４２Ｂと透明媒質（直角プリズム）４０とにより挟持される。偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２Ａとの位置関係は、光軸光線Ｌ０に直交する仮想的な平面に関して互いに対称的で、仮想的平面に対する傾き角の大きさは互いに等しい。

また、透明媒質３１Ｂ、４０Ａ、４２Ｂは同じ材質で同一の屈折率を有する。また、偏光分離素子１１および非点収差補正素子１２Ａが、これらを挟持する同一の硝材３１Ｂ、４０Ａ、４２Ｂと共に一体化されている。

このように、偏光分離素子１１および非点収差補正素子１２Ａが、これらを挟持する透明媒質３１Ｂ、４０Ａ、４２Ｂと共に一体化されることにより、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２Ａの位置関係を高精度に保つことができ、組み付け性が良い。また、界面も減らすことができるので界面反射による光量ロスが少なく、光利用効率的にも有利である。透明媒質３１Ａ、３１Ｂ、４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ、４０、４０Ａとしては前述の如く通常の光学ガラスを用いることができ、これらを直角プリズム状に形成し、そのプリズム面に偏光分離素子１１、非点収差補正素子１２、１２Ａを張り付けて挟持するようにすればよい。

図１〜図６に示した形態において、偏光分離素子と非点収差補正素子の位置を画像情報光の光軸上で入れ替え、非点収差補正素子が反射型ライトバルブ側に位置するようにすることも参考例として考えられる。

上に説明した実施の各形態において、非点収差補正素子１２、１２Ａは「偏光分離素子１１を透過する偏光方向のみを優先的に透過させる偏光子」とすることが好ましい（請求項９）。このような構成により、平行平板状の偏光分離素子の偏光分離特性において「その消光比が多少低い場合」においても、従来は偏光分離素子と別体で配置していた偏光子の機能を非点収差補正素子に組み入れることで「より高コントラストな作像装置」を実現することができる。

図７は、図５に要部を示した投影装置における「作像装置」の部分を示す説明図である。
作像装置は、偏光分離素子１１と非点収差補正素子１２と、反射型ライトバルブ１００とを有する。符号１３は、図１、図２におけると同じく「結像光学系」としての投影レンズを示す。反射型ライトバルブは反射型液晶パネルである。

図示されない光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いることができる。効率よく照度を得られるように、光源から放射される光をリフレクターで反射集光させてもよい。偏光特性を利用した作像系では、照明光は「偏光が揃っている」方がより効率的であり、偏光を揃えるという目的のために所謂「偏光変換器」を用いてもよい。

偏光変換器は、従来から知られた「偏光分離素子アレイと波長板を組み合わせた偏光変換器」などで構成され、光源からの光を効率よく「所定方向の偏光方向」に効率よく変換する。必要に応じて「偏光分離素子アレイピッチに合わせたレンズアレイ」と組み合わせた構成とすることもできる。偏光度をより向上させて「より高いコントラスト性能」を実現するには、「入射光の偏光変換器の後に直線偏光子を挿入」すればよい。

光源からの光を「反射型液晶パネル１００へ効率よく照明するための光学系」として用いられる照明用集光素子は、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで「反射型ライトバルブ１００に照射される光の照度ムラを低減させる集光素子」を用いることもできるし、「コンデンサーレンズと組み合わせて光を反射型ライトバルブへ効率よく導く集光素子」を用いることもできる。光源として「高出力レーザ光源」等の偏光性の高いものを用いる場合には上記偏光変換器は省略することもできる。

このようにして光源からの光の直線偏光性を高めた照明光を、図８に示すように、透明媒体３１Ｂを介して偏光分離素子１１へＳ偏光として入射させ、反射された光で、反射型ライトバルブ（反射型液晶パネル）１００を照射する。反射型ライトバルブ１００に画像情報を印加して照明光を偏光変調して反射させ、このようにして得られる画像情報光を偏光分離素子１１、非点収差補正素子１２を介して投影レンズ１３に導光し、スクリーン等の表示媒体上に投影像を結像させる。

非点収差補正素子１２により画像情報光の非点収差が有効に補正されるので、解像度の高い良好な投影像を実現できる。

投影装置の１形態の要部を示す図である。投影装置の別形態の要部を示す図である。投影装置の他の形態の要部を示す図である。投影装置の他の形態の要部を示す図である。投影装置の実施の１形態の要部を示す図である。投影装置の実施の他の形態の要部を示す図である。投影装置の実施の他の形態の要部を示す図である。平行平板状の偏光分離素子による非点収差の発生を説明するための図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１１偏光分離素子
１２非点収差補正素子
１３結像光学系である投影レンズ

Claims

照明光束を、平行平板状の偏光分離素子を介して反射型ライトバルブに照明し、上記反射型ライトバルブにより偏光変調された画像情報光を上記偏光分離素子を介して結像光学系へ導光し、上記結像光学系により投影結像させる投影装置において、
上記偏光分離素子は、第１の透明媒質と直角プリズムとにより挟持され、
上記画像情報光の光軸光線が偏光分離素子に対して傾いていることに起因して発生する非点収差を補正する非点収差補正素子を、画像情報光の光路上に有し、
上記非点収差補正素子は、透明な平行平板状であって、上記直角プリズムと第２の透明媒質とにより挟持されて、上記偏光分離素子と上記結像光学系の間に配置され、上記画像情報光の光軸光線に直交する仮想的な平面に関して、上記偏光分離素子と逆向きに傾けて配置されることを特徴とする投影装置。
請求項１記載の投影装置において、
非点収差補正素子の屈折率および厚さが、偏光分離素子の媒質の屈折率および厚さと実質的に等しいことを特徴とする投影装置。
請求項１記載の投影装置において、
非点収差補正素子の光学的厚さが、偏光分離素子の媒質の光学的厚さと実質的に等しいことを特徴とする投影装置。
請求項１〜３の任意の１に記載の投影装置において、
偏光分離素子が、透明基板上に形成された金線格子によって機能する偏光子であることを特徴とする投影装置。
請求項１〜３の任意の１に記載の投影装置において、
偏光分離素子が、複数の複屈折層を積層した偏光分離素子であることを特徴とする投影装置。
請求項１〜５の任意の１に記載の投影装置において、
第１および第２の透明媒質と、直角プリズムとが同一の硝材で形成されていることを特徴とする投影装置。
請求項６記載の投影装置において、
第１および第２の透明媒質が共に、直角プリズム状であることを特徴とする投影装置。
請求項７記載の投影装置において、
偏光分離素子および非点収差補正素子が、これらを挟持する第１および第２の透明媒質と直角プリズムと共に一体化されていることを特徴とする投影装置。
請求項１〜８の任意の１に記載の投影装置において、
非点収差補正素子が、偏光選択性を持つ偏光子の機能を有することを特徴とする投影装置。