JP4737234B2 - 偏光子を用いた光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、入射した光束から直線偏光光束を選択する偏光子を用いた光学機器に関する。

従来、電気光学素子を利用した光学機器として、光源と、この光源から出射された光束を画像情報に応じて変調する電気光学素子と、この電気光学素子で変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えたプロジェクタが利用されている。この電気光学素子として液晶素子が知られており、液晶素子は、一対の透明基板間に液晶等の電気光学材料を密閉封入して挟持し、前記一対の透明基板間の入射側および出射側に配置される偏光子となる２枚の偏光板とを含んで構成される。そして、従来、この偏光板は、ヨウ素や染料を含んだＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の有機系材料からなり、一定方向に延伸したフィルムを、ガラス基板等の支持体で挟み込んだり、支持体に張り付けたりすることにより構成されていた。

しかし、このような従来の偏光板は、有機系の材料から構成されているため、高温に弱く、７０℃以上の環境で継続的に使用されると、色が抜けてしまい偏光機能が徐々に失われるという問題がある。このため、無機系材料から構成される偏光板として構造複屈折型偏光子が提案されている。この構造複屈折型偏光子は、ガラス等の透明基板の表面にアルミニウム等の金属で微細な線状の凸条部をストライプ状に複数配列した複屈折部を形成することにより構成され、凸条部間の空間の回折現象を利用することにより、入射する光束から直線偏光光束を選択することができる。

しかしながら、このような構造複屈折型偏光子は、複屈折部において入射した光束の一部を熱として吸収するため、ガラス基板が熱歪を起こし、適切な偏光光の選択を行えないという問題がある。特に、ガラス基板が出射側に配置されるような形で使用すると、複屈折部で選択された偏光光束の偏光軸がガラス基板内で回転し、光抜け現象を起こすという問題がある。

本発明の目的は、耐久性が高くかつ適切な偏光光の選択を行うことのできる偏光子を用いた光学機器を提供することにある。

本発明は、構造複屈折型偏光子を用いた光学機器において、基板材料の取捨選択および、偏光子の配置を適切にすることにより、前記目的を達成しようとするものである。
具体的には、本発明の光学機器は、光源から出射された光束を画像情報に応じて変調する電気光学素子と、前記電気光学素子の光入射側および／または光射出側に配置された偏光子と、を備え、前記電気光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された電気光学材料とを有し、前記偏光子は、光線透過率が９７％以上の材料からなる偏光子用基板と、この偏光子用基板の表面に微細な金属製の凸条部をストライプ状に配列して構成される複屈折部とを有してなる光学機器であって、前記複屈折部は、前記偏光子用基板の２つの表面のうち、光射出側に設けられ、前記複屈折部には、該複屈折部を覆う保護基板が設けられ、前記保護基板は、前記複屈折部に対して一定距離離間した状態で配置され、前記保護基板は、前記偏光子用基板と外周端部で弾性接着剤により接着され、前記複屈折部が該保護基板および弾性接着剤で封止されていることを特徴とする。
ここで、９７％以上の光線透過率を有する偏光子用基板材料としてはサファイア、ＬＢＣ３Ｎ（ＨＯＹＡオプティクス製）、ネオセラム（日本電気ガラス製）等がある。

さらに、偏光子用基板材料は、線膨張係数が４．８×１０^-7／Ｋ以下の材料が好ましく、このような材料としては石英ガラス、ネオセラム、クリアセラム（オハラ製）等があるが、なかでも結晶化ガラスや石英ガラスを採用するのがより好ましい。また、複屈折部を構成する金属製の凸条部としては、アルミニウムからなる凸条部を採用することができ、偏光子の偏光特性は、凸条部のピッチ、高さ、およびデューティ比により定められる。例えば、幅６５ｎｍ、高さ１２０〜１７０ｎｍの凸条部を、１４４ｎｍのピッチで複数配列することにより、複屈折部を構成することができる。

このような本発明によれば、偏光子用基板が入射側に配置されることとなるため、偏光選択後の光束が偏光子用基板の熱歪等の影響を受けて偏光軸が回転することもなく、適切な偏光の選択を行うことができる。また、偏光子用基板材料として線膨張係数の低い材料を採用することにより、複屈折部で吸収された熱が偏光子用基板材料に作用しても歪が生じにくくなるため、偏光子の光抜け現象等の発生を防止することができる。さらに、複屈折部が金属から構成されているため、十分な耐久性を確保することができる。

また、偏光子用基板材料は、６．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することが好ましい。この場合、具体的な偏光子用基板材料としては、サファイアや水晶を採用することができる。

このような本発明によれば、偏光子用基板材料として熱伝導率の高い材料を採用することにより、複屈折部で吸収された熱が偏光子用基板材料に作用しても偏光子の保持枠等を介して直ちに放熱することができるため、偏光子用基板に熱歪が生じにくくなり、前述と同様に偏光子の光抜け現象等の発生を防止することができる。

さらに、偏光子用基板材料は、０．４３×１０^-12／Ｐａ以下の光弾性定数を有するこ
と好ましい。ここで、光弾性定数は、偏光子用基板に作用した応力と、その応力が作用した状態で偏光子用基板を透過した光の複屈折による光路差との関係を与える比例定数であり、具体的には、複屈折による光路差をδ（ｎｍ）、光の進行方向に直角な成分の基板の内部応力をＰｓ（×１０⁵Ｐａ）、偏光子用基板の厚さをｄ（ｍｍ）とすると、［数１］のような関係が成立する。

［数１］
δ＝Ｂ・Ｐｓ・ｄ／１０

そして、［数１］における比例定数Ｂが光弾性定数であり、通常（１０^-12／Ｐａ）の単位で表示する。
前述の光弾性定数を有する偏光子用基板材料としては、例えば、低光弾性ガラスであるＨＯＹＡオプティクス製ＬＢＣ３Ｎ等を採用することができる。このような本発明によれば、偏光子用基板材料が光弾性定数の低い材料から構成されることにより、［数１］から判るように、複屈折部で吸収された熱が偏光子用基板に作用して熱歪により内部応力Ｐｓが生じても、光弾性定数Ｂが小さいため結果として光路差δを小さく抑えることができ、光抜け現象等の発生を防止することができる。

以上において、前述の偏光子用基板の光入射面には、反射防止処理が施されているのが好ましい。
このように反射防止処理が施されることにより、反射する光を低減して入射光束の利用率を向上させることができるため、偏光子を透過する光の損失を少なくすることができる。

また、前述の偏光子において、複屈折部を覆う保護基板が設けられているのが好ましい。保護基板の材質としては、前述の複屈折部が形成される偏光子用基板と同様のものを採用するのが好ましい。具体的には、結晶化ガラス、石英ガラス、サファイア、水晶等があげられる。前述したように、複屈折部は、アルミニウム等の金属製の凸条部をストライプ状に配列して構成されるため、高温でかつ高湿な環境では、凸条部の劣化を招くことがある。従って、このように保護基板が設けられることにより、凸条部の劣化を防止することができるため、偏光子の耐久性を一層向上させることができ、このような偏光子を含む光学機器が、輸送時高温高湿環境に晒されたり、高温高湿環境下で使用されても、偏光子が劣化することもない。

このような保護基板としては、前述した偏光子用基板と同様な線膨張係数、熱伝導率および光弾性定数とすることが望ましい。更に、保護基板の板厚は、前記線膨張係数、熱伝導率および光弾性定数との関係から適切な範囲が特定される。すなわち、前記保護基板は、その厚さをｄ（ｍｍ）、光弾性定数をＢ（１０^-12／Ｐａ）、ヤング率をＥ（Ｐａ）、線膨張係数をα（１／Ｋ）、熱伝導率をρ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とした時、［数２］で表されるものとすることが望ましい。

［数２］
Ｂ×Ｅ×α／ρ×ｄ≦９．８×１０^-5（ｍ²／Ｗ）

さらに、前述の保護基板の光入出射面にも反射防止処理が施されているのが好ましい。
このように保護基板の光入出射面にも反射防止処理が施されることにより、前記と同様に光の利用率を向上することができるうえ、透過面での不要な反射光を防ぐことができるため、信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

そして、前述した保護基板は、偏光子用基板と外周端部で弾性接着剤により接着され、複屈折部が保護基板および弾性接着剤で封止されているのが好ましい。ここで、弾性接着剤は、両基板の動きの違いを吸収し、かつ複屈折部を密閉封入するために用いられ、材質としては耐久性の点からシリコーン系のものを用いるのが好ましく、さらに未反応オイル成分抑制タイプのものを採用するのがより好ましい。

保護基板および偏光子用基板を基板面同士で弾性接着剤により全面接着すると、複屈折部の凸条部間の空間が弾性接着剤で埋められてしまい、複屈折部の光の回折能力が低下して偏光光の選択効率が悪くなってしまう。従って、このように保護基板および偏光子用基板が外周端部で弾性接着剤により接着されることにより、凸条部間の空間が接着剤で埋められてしまうことを防止することができるため、該空間で適切な偏光光の選択を実現することができ、光学的に優れた偏光子とすることができる。また、未反応オイル成分抑制タイプのシリコーン系接着剤を用いることにより、接着後、溶剤が凸条部の間の空間に染み出してくることを防止することができるため、光学的に一層優れた偏光子とすることができる。

また、前述した保護基板は、偏光子用基板と略同一の形状に形成してもよく、偏光子用基板よりも大きな形状に形成してもよい。保護基板を偏光子用基板と略同一の形状とすることにより、偏光子を偏光光の選択に必要な最小限の大きさとすることができるため、偏光子の小型化を図ることができる。尚、この場合、保護基板および偏光子用基板の端面部分に弾性接着剤を塗布することにより、両基板を接着することができる。一方保護基板を偏光子用基板よりも大きな形状とすることにより、偏光子用基板の端面と、保護基板の表面との間で弾性接着剤による接着を行うことができるため、接着面積が増加し、内部の封止性を向上させる上で好ましい。

さらに、前述した偏光子用基板および保護基板の間には、スペーサが介在しているのが好ましい。そして、このスペーサは、光硬化型接着剤または表裏面が弾性粘着面とされる両面テープから構成されているのが好ましい。光硬化型接着剤をスペーサとする場合、偏光子用基板および保護基板の間に光硬化型接着剤を点状に塗布して偏光子用基板および保護基板を重ね合わせ、保護基板を設計上の間位置に移動させた後、紫外線等を照射して接着剤を硬化させればよい。両面テープをスペーサとする場合、弾性粘着面にアクリル系樹脂や、シリコーンを用いたものが考えられる。また、この両面テープは複屈折部の全周に貼り付けられることが好ましい。

このようにスペーサを介在させることにより、複屈折部で偏光光を選択するに際して最も適切な位置に保護基板を配置することができるため、光学的に一層優れた偏光子とすることができる。また、両面テープをスペーサとした場合には、両面テープを貼り付けるだけでスペーサを設置することができるので作業性が良好となる。さらに、両面テープを複屈折部の全周に貼り付ければ、保護基板及び偏光子用基板を接着したシリコーン系接着剤から未反応オイル成分が染み出したとしても両面テープにより堰き止められるため、未反応オイル成分により複屈折部が汚れてしまうことがない。

さらに、このスペーサの粘着面はシリコーン系粘着剤から構成されていることが好ましい。
シリコーンは接着面の耐紫外線性が良好であるため、紫外線により劣化するおそれがない。また、耐熱性も良好であるため、複屈折部で吸収された熱により影響をうけ、変形等が起こるおそれがない。

前記スペーサは、織布又は不織布からなる支持体を有しており、前記支持体の表裏面には、シリコーン系粘着剤が塗布された粘着面が設けられていること、または、前記スペーサはシリコーン系粘着剤のみからなることが好ましい。支持体が設けられている場合には、両面テープの強度を支持体で確保できるため、両面テープを貼り付ける際の作業性が良好となる。
一方、スペーサがシリコーン系粘着剤のみからなる場合には、保護基板と偏光子用基板との熱による挙動の違いを吸収することができ、基板に形成された複屈折部と保護基板との適切な距離を保つことができる。また、シリコーン系粘着剤のみからなるので、スペーサの厚さが薄くなり、偏光子の薄型化を図ることができる。

本発明は、このような偏光子を備えた光学機器として成立するものであり、具体的には、光源から出射された光束を画像情報に応じて変調する電気光学素子を備えた光学機器であって、前記電気光学素子は、一対の透明基板間に電気光学材料を密閉封入して挟持し、光入射側および／または光出射側に配置される前述のいずれかの偏光子とを備えていることを特徴とする。そして、このような光学機器によれば、耐久性が高くかつ適切な偏光光の選択を行うことのできる偏光子を備えているため、耐久性、光学的特性に優れた光学機器とすることができる。

前述のような本発明によれば、基板が入射側に配置されることとなるため、偏光光の選択後の光束が基板の熱歪等の影響を受けて偏光軸が回転することもなく、適切な偏光光の選択を行うことができる。また、基板材料として低線膨張係数、高熱伝導率、低光弾性定数のいずれかの材料を採用することにより、複屈折部で吸収された熱が基板材料に作用しても、偏光子の光抜け現象等の発生を防止することができる。前記偏光子を光学機器に用いることにより、光り抜け現象等のない高温下でも安定した動作をする光学機器を実現できる。

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る光学機器となるプロジェクタ１の光学系の構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ１は、インテグレータ照明光学系１０、色分離光学系２０、リレー光学系３０、電気光学装置４０、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５０、および投写光学系である投写レンズ６０を備えている。
前記インテグレータ照明光学系１０は、光源装置１１および均一照明光学系１５を備え、光源装置１１は、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ等の光源ランプ１２、および、光源ランプ１２から出射された光束の出射方向を揃えて平行化する放物面リフレクタ１３から構成されている。
均一照明光学系１５は、光源装置１１から出射された光束を複数の部分光束に分割するとともに、各部分光束の偏光方向を、Ｐ偏光光束またはＳ偏光光束に揃える機能を具備し、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、ＰＢＳアレイ１８、およびコンデンサレンズ１９を含んで構成されている。

第１レンズアレイ１６は、光源ランプ１２から出射された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Ａと直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えて構成され、各レンズの縦横比は、後述する電気光学装置４０を構成する液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応している。
第２レンズアレイ１７は、前述の第１レンズアレイ１６により分割された部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ１６と同様に照明光軸Ａに直交する面内にマトリクス状に配列される複数のレンズを備えている。各レンズの配列は、第１レンズアレイ１６を構成するレンズと対応しているが、その大きさは、第１レンズアレイ１６のように液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域の縦横比と対応する必要はない。

偏光変換素子としてのＰＢＳアレイ１８は、第１レンズアレイ１６により分割された各部分光束の偏光方向を一方向に揃える光学素子であり、入射した光束をＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方を透過させ、他方を反射して両偏光光束に分離する偏光分離膜と、この偏光分離膜で反射した偏光光束の進行方向を折り曲げて、透過した偏光光束の出射方向に揃える反射ミラーと、偏光分離膜で分離された偏光光束のいずれかの出射側端面に配置され、該偏光光束の偏光変換を行う位相差板とを含んで構成される。
コンデンサレンズ１９は、第１レンズアレイ１６、第２レンズアレイ１７、およびＰＢＳアレイ１８を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの画像形成領域上に重畳させる機能を有するレンズである。

前記色分離光学系２０は、２枚のダイクロイックミラー２１、２２と、反射ミラー２３とを備え、これらのミラー２１、２２、２３によりインテグレータ照明光学系１０から出射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し、具体的には、ダイクロイックミラー２１によって赤色光Ｒとその他の色光Ｇ、Ｂとが分離され、ダイクロイックミラー２２によって緑色光Ｇおよび青色光Ｂが分離される。
前記リレー光学系３０は、入射側レンズ３１、リレーレンズ３３、反射ミラー３５、３７、および出射側レンズ３９を備え、色分離光学系２０で分離された色光、例えば、本例では青色光Ｂを液晶パネル４１Ｂまで導く機能を有している。

前記電気光学装置４０は、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂと、この各液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの入射側および出射側に配置される偏光子としての偏光板４２、４３と、偏光板４２の入射側に配置されるフィールドレンズ４４とを備えている。
液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、偏光板４２から出射された偏光光の偏光方向を変調する。

偏光板４２は、入射した光束から直線偏光光を選択透過する光学素子であり、例えば、本例では、入射した光束のうちＳ偏光光束のみを透過するように構成されている。偏光板４３は、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂで変調された光束のうち、Ｐ偏光光束のみを透過するように構成されている。尚、これらの偏光板４２、４３の構造の詳細は後述する。フィールドレンズ４４は、インテグレータ照明光学系１０のコンデンサレンズ１９で絞り込まれた出射光束を照明光軸に対して平行にするための光学素子であり、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇの前段に配置されているが、液晶パネル４１Ｂについては、リレー光学系３０の出射側レンズ３９がこのフィールドレンズを兼用している。

前記色合成光学系となるクロスダイクロイックプリズム５０は、３枚の液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから出射された各色光ごとに変調された画像を合成してカラー画像を形成するものである。このクロスダイクロイックプリズム５０には、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に形成され、これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成される。
投写レンズ６０は、複数の組レンズからなるレンズユニットから構成され、クロスダイクロイックプリズム５０で合成されたカラー画像をスクリーン上に拡大投写する機能を有する。

このような構造のプロジェクタ１において、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの入射側に配置される偏光板４２は、図２および図３に示すように、基板４２１と、この基板４２１上に形成される複屈折部４２２と、複屈折部４２２を覆うように配置される保護基板４２３とを備えている。
基板４２１は、線膨張係数が４．８×１０^-7／Ｋ、熱伝導率が１．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の石英ガラスから構成され、その光出射面には、複屈折部４２２が形成されているとともに、図示を略したが、その光入射面には、反射防止膜が形成されている。
基板４２１の材質として石英ガラスを採用することにより、光の内部吸収を０．１％以下に抑えることができ、反射防止膜を形成することにより、界面反射を０．５％以下に抑えることができ、基板４２１の光線透過率は、９８．９％（１００％−０．１％−０．５％×２）以上とされている。

基板４２１の光出射面に形成される複屈折部４２２は、図４および図５に示すように、基板４２１の略全面に形成され、微細なアルミニウム製の凸条部となるリブ４２２Ａをストライプ状に複数配列して構成され、偏光変換はリブ４２２Ａで挟まれた空間で行われる。複屈折部４２２を構成するリブ４２２Ａの幅寸法Ｗは略６５ｎｍ、高さ寸法Ｈは、１２０〜１７０ｎｍ、配列ピッチＰは略１４４ｎｍに設定され、これらＷ、Ｈ、Ｐを調整することにより、偏光板４２の偏光特性を変化させることができる。

保護基板４２３は、基板４２１と略同一の形状を有し、図３に示されるように、その周縁部分でシリコーン系接着剤４２４により基板４２１と接着され、基板４２１上に形成された複屈折部４２２は、シリコーン系接着剤４２４および保護基板４２３によって密閉封入されている。前述した基板４２１を光入射側に配置するため、保護基板４２３は光束の出射側に配置される。なお、図示を省略したが保護基板４２３はその光入射面および光出射面に反射防止膜が形成されている。ここで、偏光光の選択後の光束が通過する保護基板の厚さｄ（ｍｍ）と、保護基板として使用する材料の光弾性定数Ｂ（１０^-12／Ｐａ）、ヤング率Ｅ（Ｐａ）、線膨張係数α（１／Ｋ）、熱伝導率ρ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））との関係は前記［数２］で表される。

例えば、保護基板の材料として石英ガラスを用いる場合、石英ガラスの光弾性定数Ｂ＝３．６１×１０^-12／Ｐａ）、ヤング率Ｅ＝７．３×１０10Ｐａ、線膨張係数α＝４．８×１０^-7／Ｋ、熱伝導率ρ＝１．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、前記［数２］より厚さｄ≦１ｍｍとなり、１ｍｍ程度までの保護基板とすることができる。
また、シリコーン系接着剤４２４は、未反応オイル成分抑制タイプのものであり、基板４２１および保護基板４２３が加熱等により異なる動きをした場合、その変形はこのシリコーン系接着剤４２４の部分で吸収する。
さらに、基板４２１および保護基板４２３の間には、スペーサ４２５が介在していて、複屈折部４２２に対して一定距離離間した状態で保護基板４２３が配置される。このスペーサ４２５は、紫外線硬化型接着剤が硬化したものである。

次にこのような偏光板４２の製造方法を説明する。
まず、保護基板４２３の周縁部分に点状に紫外線硬化型接着剤を塗布しておき、塗布面を基板４２１の複屈折部４２２の形成面と対向させて、基板４２１に紫外線硬化型接着剤を付着させる。
次に、両基板４２１、４２３を設計上の距離まで離間させた後、接着面に紫外線を照射して硬化させて両基板４２１、４２３の間隔を維持する。
最後に、シリコーン系接着剤４２４を両基板４２１、４２３の周縁部分に塗布してシリコーン系接着剤４２４を硬化させる。

このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
すなわち、基板４２１が入射側に配置されることとなるため、偏光光の選択後の光束が基板４２１の熱歪等の影響を受けて偏光軸が回転することもなく、適切な偏光光の選択を行うことができる。また、基板材料として線膨張係数の低い石英ガラスを採用することにより、複屈折部４２２で吸収された熱が基板材料に作用しても歪が生じにくくなるため、偏光板４２の光抜け現象等の発生を防止することができる。さらに、複屈折部４２２が金属から構成されているため、十分な耐久性を確保することができる。

また、複屈折部４２２を覆う保護基板４２３が設けられ、シリコーン系接着剤４２４および保護基板４２３によって複屈折部４２２が密閉封入されることにより、リブ４２２Ａの劣化を防止することができるため、偏光板４２の耐久性を一層向上させることができ、プロジェクタ１が輸送時高温高湿環境に晒されたり、高温高湿環境下で使用されても、偏光板４２が劣化することもない。
さらに、基板４２１の光入射面および保護基板４２３の光入出射面に反射防止膜が形成されることにより、光の利用率を向上することができるうえ、透過面での不要な反射光を防ぐことができ、信号のＳ／Ｎを向上させることができる。

そして、基板４２１および保護基板４２３が複屈折部４２２の形成されていない周縁部分で接着されることにより、リブ４２２Ａ間の空間が接着剤で埋められてしまうことを防止することができるため、該空間で適切な偏光変換を実施することができ、光学的に優れた偏光板４２とすることができる。
また、未反応オイル成分抑制タイプのシリコーン系接着剤４２４としているため、接着後、溶剤がリブ４２２Ａの間に染み出してくることを防止できる。
さらに、保護基板４２３を基板４２１と略同一の形状とすることにより、偏光板４２の大きさを偏光変換に必要な最小限の大きさとすることができるため、偏光板４２の小型化を図ることができる。
また、保護基板４２３は偏光子の出射側に配置されるため、偏光子により偏光選択された光束が通過するので、基板４２１に比べて偏光選択後の光束に対する熱応力による影響が大きくなる。そこで、保護基板４２３の厚さｄを前記［数２］を満たすようにすることで、保護基板の熱応力による光学歪を最小限に抑えられる。特に、石英ガラスやネオセラムを用いた場合には、［数２］の条件で設定することにより厚みを１ｍｍ程度まで厚くでき、光学歪の影響を殆ど発生させずに強度的にも十分な保護基板とすることができ、大変有利である。また、他の材料についても［数２］を満たすように基板厚みを選定すればよい。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記第１実施形態に係る偏光板４２は、保護基板４２３が基板４２１と略同一の形状とされ、シリコーン系接着剤４２４による接着は、両基板４２１、４２３の端面部分で行われていた。

これに対して、第２実施形態に係る偏光板５２は、図６および図７に示されるように、基板５２１よりも保護基板５２３の方が大きく設定されている点が相違する。
基板５２１および保護基板５２３の接着は、基板５２１の端面と、保護基板５２３の表面部分でシリコーン系接着剤４２４によって行われ、シリコーン系接着剤４２４の量は、保護基板５２３への塗布量を増やすことによって任意に設定できる。

また、前記第１実施形態に係る偏光板４２は、基板４２１および保護基板４２３の材質を石英ガラスとしていた。
これに対して、第２実施形態に係る偏光板５２は、基板５２１および保護基板５２３の材質をサファイアとしている点が相違する。尚、図示を略したが、基板５２１の光入射面および保護基板５２３の光入出射面には、反射防止膜が形成されていて、９７％以上の光線透過率が確保される。

サファイアは、５３×１０-7／Ｋと線膨張係数が高いものの、熱伝導率が４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）と非常に高いことが特徴である。
このような偏光板５２をプロジェクタ１の光路上に配置する場合、金属板等の保持枠に偏光板５２を取り付け、放熱用の経路を形成しておき、複屈折部４２２で吸収された熱を基板５２１または保護基板５２３を介して保持枠から放熱するのが好ましい。

このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
すなわち、基板５２１、保護基板５２３の材質として熱伝導率の高いサファイアを採用することにより、複屈折部４２２で吸収された熱が基板５２１、保護基板５２３に作用しても、保持枠等を介して直ちに放熱することができるため、基板５２１、保護基板５２３に熱歪が生じにくくなり、偏光板５２の光抜け現象の発生を防止できる。

また、保護基板５２３が基板５２１よりも大きな形状とされていることにより、基板５２１の端面と、保護基板５２３の表面との間でシリコーン系接着剤４２４による接着を行うことができるため、接着面積が増加して両基板５２１、５２３を強固に張り付けることができる上、接着剤量を増加することにより、内部の封止性を向上させることができる。
さらに、保護基板５２３の外形を用いて偏光板５２を精度よく位置決めできる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図８及び図９に示されるように、第３実施形態の偏光板６２は、基板６２１よりも保護基板６２３の方が大きく設定されており、各基板の材質がサファイアである点で第２実施形態の偏光板５２と共通するが、基板６２１と保護基板６２３との間に介在するスペーサ６２５が両面テープである点で偏光板５２と異なっている。

スペーサ６２５は、複屈折部４２２の全周に亘って設けられ、複屈折部４２２の保護基板６２３側の面から基板６２１の光出射面にかけて貼り付けられている。このスペーサ６２５上に保護基板６２３を配置することにより、保護基板６２３と複屈折部４２２とが一定距離離間した状態となる。
図示しないが、両面テープであるスペーサ６２５は、保護基板６２３と当接する第１面及び基板６２１と当接する第２面がシリコーン系粘着剤で形成されており、第１面及び第２面（表裏面）は弾性粘着面となっている。また、第１面と第２面との間には、ガラスクロスの支持体が設けられている。この両面テープの厚さは約０．１５mm、粘着力は１１．７７Ｎ／２０mm、剪断接着力は１９６．１Ｎ／４ｃｍ²となっている。
なお、両面テープはこの構成に限らず、第１面及び第２面がアクリル系樹脂からなり、支持体が不織布からなるものでもよい。さらに、支持体がないものを使用してもよい。支持体がないものを使用すれば、スペーサの厚さを薄くすることができるので、偏光板の薄型化を図ることができる。スペーサとして使用可能な両面テープを表１に例示する。

次に、このような偏光板６２の製造方法を説明する。
まず、基板６２１の複屈折部４２２の周囲に両面テープを貼り付ける。この際、両面テープの端部を複屈折部４２２の保護基板６２３側の面上に載せる。
次に、両面テープの第１面に保護基板６２３を貼り付ける。
さらに、基板６２１の端面と、保護基板６２３表面部分とをシリコーン系接着剤４２４により接着する。

このような第３実施形態によれば、前記第１実施形態及び第２実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。
すなわち、スペーサ６２５を両面テープとしたため、両面テープを貼り付けるだけでスペーサ６２５を設置することができるので、スペーサ６２５の取り付け作業性が良好となる。
また、両面テープを複屈折部４２２の全周に貼り付けたため、保護基板６２３及び基板６２１を接着したシリコーン系接着剤４２４から未反応オイル成分が染み出したとしても両面テープにより堰き止められ、未反応オイル成分により複屈折部４２２が汚れてしまうことがない。
スペーサ６２５の第１面及び第２面はシリコーン系粘着剤であり、シリコーンは接着面の耐紫外線性が良好であるため、紫外線により劣化するおそれがない。
また、耐熱性も良好であるため、複屈折部４２２で吸収された熱により影響をうけ、変形等が起こるおそれがない。
さらに、このスペーサ６２５の第１面と第２面との間にはガラスクロスの支持体が設けられており、スペーサ６２５に適度な剛性が生じるため、スペーサ６２５を取り付ける際の作業性が良好となる。

尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記実施形態では、液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの入射側に配置される偏光板として、構造複屈折型の偏光板４２を採用していたが、これに限らず、出射側の偏光板４３にも構造複屈折型の偏光板を採用してもよい。この場合、複屈折部４２２を構成するリブ４２２Ａを、透過しない偏光光束を反射するアルミ製のものではなく、黒色等の光を吸収するリブとすることにより、出射側に配置される偏光板として用いることができる。

また、前記第１実施形態では、低線膨張係数の材料として石英ガラスを採用していたが、これに限らず、光学ガラスや結晶化ガラスを採用してもよく、前記第２実施形態及び第３実施形態では、高熱伝導率の材料としてサファイアガラスを採用していたが、水晶を採用してもよく、要するに、偏光子の加熱の程度に応じて、低線膨張係数または高熱伝導率の材料を適宜選択すればよい。なお、保護基板に光学ガラスを採用する場合には、保護基板の厚さ寸法は０．１mm程度が好ましい。

さらに、前記実施形態では、低線膨張係数、高熱伝導率という観点から基板４２１、５２１、６２１および保護基板４２３、５２３、６２３の材質を選定していたが、本発明はこれに限られない。すなわち、光弾性定数の低い無機物質を基板、保護基板の材質として選定してもよく、光弾性定数が０．４３×１０^-12／Ｐａ以下の材料を採用するのが好ましく、具体的には、低光弾性ガラスであるＨＯＹＡオプティクス製ＬＢＣ３Ｎ等を採用することができる。
このような光弾性定数の低い材料を採用することにより、複屈折部で吸収された熱が基板に作用しても、透過光の光路差を小さくできるため、光抜け現象等の発生を防止できる。

第３実施形態において、保護基板６２３が基板６２１よりも大きく形成されている偏光板６２に両面テープであるスペーサ６２５を使用したが、第１実施形態の偏光板４２のように、保護基板４２３と基板４２１とが略同じ大きさである場合にスペーサ６２５を使用してもよい。

そして、前記実施形態では、プロジェクタ１の液晶パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの偏光板４２、５２、６２として本発明を採用していたが、本発明はこれに限られない。すなわち、他の光学機器に本発明に係る偏光子を用いてもよく、また液晶装置以外の光変調装置に本発明に係る偏光子を採用しても、前記実施形態で述べた作用および効果と同様の作用および効果を享受することができる。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および材質等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構造を表す模式図である。 前記実施形態における偏光子の構造を表す概要斜視図である。 前記実施形態における偏光子の構造を表す断面図である。 前記実施形態における偏光子の複屈折部を表す正面図である。 前記実施形態における偏光子の複屈折部の構造を表す部分斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る偏光子の構造を表す概要斜視図である。 前記実施形態における偏光子の構造を表す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る偏光子の構造を表す概要斜視図である。 前記実施形態における偏光子の構造を表す断面図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ 液晶パネル（電気光学素子）
４２、５２、６２ 偏光板（偏光子）
４２１、５２１、６２１ 基板
４２２ 複屈折部
４２２Ａ リブ（凸条部）
４２３、５２３、６２３ 保護基板
４２４ シリコーン系接着剤（弾性接着剤）
４２５、６２５ スペーサ

Claims (25)

1. 光源から出射された光束を画像情報に応じて変調する電気光学素子と、前記電気光学素子の光入射側および／または光射出側に配置された偏光子と、を備え、
   前記電気光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された電気光学材料とを有し、
   前記偏光子は、光線透過率が９７％以上の材料からなる偏光子用基板と、前記偏光子用基板の表面に微細な金属製の凸条部をストライプ状に配列して構成される複屈折部とを有してなる光学機器であって、
   前記複屈折部は、前記偏光子用基板の２つの表面のうち、光射出側に設けられ、
   前記複屈折部には、該複屈折部を覆う保護基板が設けられ、
   前記保護基板は、前記複屈折部に対して一定距離離間した状態で配置され、
   前記保護基板は、前記偏光子用基板と外周端部で弾性接着剤により接着され、前記複屈折部が該保護基板および弾性接着剤で封止されていることを特徴とする光学機器。
2. 請求項１に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は線膨張係数が４．８×１０^-7／Ｋ以下の材料からなることを特徴とする光学機器。
3. 請求項２に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は結晶化ガラスからなることを特徴とする光学機器。
4. 請求項３に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は石英ガラスからなることを特徴とする光学機器。
5. 請求項１に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は、熱伝導率が６．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料からなることを特徴とする光学機器。
6. 請求項５に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は、サファイアからなることを特徴とする光学機器。
7. 請求項５に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は、水晶からなることを特徴とする光学機器。
8. 請求項１に記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板は、光弾性定数が０．４３×１０^-12／Ｐａ以下の材料からなることを特徴とする光学機器。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光学機器において、
   前記偏光子用基板の光入射面には、反射防止処理が施されていることを特徴とする光学機器。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、光線透過率９７％以上の材料から構成されていることを特徴とする光学機器。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、線膨張係数が４．８×１０^-7／Ｋ以下の材料からなることを特徴とする光学機器。
12. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、熱伝導率が６．２１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料からなることを特徴とする光学機器。
13. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、光弾性定数が０．４３×１０^-12／Ｐａ以下の材料からなることを特徴とする光学機器。
14. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板の厚さをｄ（ｍｍ）、光弾性定数をＢ（１０^-12／Ｐａ）、ヤング率をＥ（Ｐａ）、線膨張係数をα（１／Ｋ）、熱伝導率をρ（Ｗ／（ｍ・Ｋ））とした時、次式 Ｂ×Ｅ×α／ρ×ｄ≦９．８×１０^-5（ｍ²／Ｗ）で表されることを特徴とする光学機器。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板の光入出射面に反射防止処理が施されていることを特徴とする光学機器。
16. 請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の光学機器において、
    前記弾性接着剤は、シリコーン系接着剤であることを特徴とする光学機器。
17. 請求項１６に記載の光学機器において、
    前記弾性接着剤は、未反応オイル成分抑制タイプのシリコーン系接着剤であることを特徴とする光学機器。
18. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、前記偏光子用基板と略同一の形状を有することを特徴とする光学機器。
19. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の光学機器において、
    前記保護基板は、前記偏光子用基板よりも大きな形状を有することを特徴とする光学機器。
20. 請求項１〜請求項１９のいずれかに記載の光学機器において、
    前記偏光子用基板と前記保護基板との間には、スペーサが介在していることを特徴とする光学機器。
21. 請求項２０に記載の光学機器において、
    前記スペーサは、光硬化型接着剤からなることを特徴とする光学機器。
22. 請求項２０に記載の光学機器において、
    前記スペーサは、表裏面が弾性粘着面とされる両面テープであることを特徴とする光学機器。
23. 請求項２２に記載の光学機器において、
    前記スペーサの粘着面はシリコーン系粘着剤から構成されていることを特徴とする光学機器。
24. 請求項２３に記載の光学機器において、
    前記スペーサは、織布又は不織布からなる支持体を有しており、前記支持体の表裏面には、シリコーン系粘着剤が塗布された粘着面が設けられていることを特徴とする光学機器。
25. 請求項２３に記載の光学機器において、
    前記スペーサはシリコーン系粘着剤のみからなることを特徴とする光学機器。

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