(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型のＷＧ素子を用いた光学系において光学部品を大型化することなく、反射型液晶パネルおよび反射型偏光板を高精度に保持する。【解決手段】複数の画像表示素子からの複数の画像光を合成する色合成プリズム１６と、複数の画像光の光路上に配置された複数の偏光分離素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと、複数の画像光の各々が色合成プリズム１６に入射する複数の入射面に固定された複数の光透過部材１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと、前記複数の光透過部材１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂと前記複数の偏光分離素子１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂのうち、対応する１組の光透過部材と偏光分離素子とを保持する保持部材２０と、を備える画像表示装置であって、保持部材２０が光透過部材１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの側面に貼り付けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色光に対応した複数の画像表示素子と、
前記複数の画像表示素子からの複数の画像光を合成する色合成プリズムと、
前記複数の画像表示素子の各々からの前記複数の画像光が前記色合成プリズムに至る複数の光路上のそれぞれに配置された、複数の偏光分離素子と、
前記複数の画像光の各々が前記色合成プリズムに入射する複数の入射面に固定された複数の光透過部材と、
前記複数の光透過部材と前記複数の偏光分離素子のうち、対応する１組の光透過部材と偏光分離素子とを保持する保持部材と、
を備える画像表示装置であって、
前記保持部材は、前記光透過部材の側面に貼り付けられている、ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記保持部材は、前記色合成プリズムよりも線膨張係数が小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記色合成プリズムが前記画像光を合成する色合成平面と垂直な方向が、前記画像表示装置の高さ方向と一致している、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記色合成プリズムのうち前記光透過部材が貼り付けられた面は、前記色合成プリズムに貼り付けられた前記光透過部材の面よりも大きい、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
複数の色光に対応した複数の画像表示素子と、
光源からの光を前記複数の画像表示素子を照明する複数の照明光に分離する色分離プリズムと、
前記光源から前記複数の画像表示素子の各々に致る前記複数の照明光の光路上のそれぞれに配置された、複数の偏光分離素子と、
前記複数の照明光の各々が前記色分離プリズムから出射する複数の出射面に固定された複数の光透過部材と、
前記複数の光透過部材と前記複数の偏光分離素子のうち、対応する１組の光透過部材と偏光分離素子とを保持する保持部材と、
を備える画像表示装置であって、
前記保持部材は、前記光透過部材の側面に貼り付けられている、ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
前記保持部材は、前記色合成プリズムよりも線膨張係数が小さい、ことを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記色合成プリズムが前記画像光を合成する色合成平面と垂直な方向が、前記画像表示装置の高さ方向と一致している、ことを特徴とする請求項５又は６に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記色分離プリズムのうち前記光透過部材が貼り付けられた面は、前記色分離プリズムに貼り付けられた前記光透過部材の面よりも大きい、ことを特徴とする請求項５乃至７いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記保持部材は、ガラス、セラミック、鉄系の金属のいずれか、又はそれらの混合物で構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記保持部材は、前記対応する１組の光透過部材と偏光分離素子との相対的な位置、姿勢の少なくとも一方を調整することが可能なホルダ部材を有している、ことを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記ホルダ部材は、前記光透過部材と、前記複数の画像表示素子のうち前記光透過部材に対応する画像表示素子との相対的な位置や姿勢を変化させることなく、前記光透過部材と前記偏光分離素子との相対的な位置、姿勢の少なくとも一方を調整することが可能であることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記複数の画像表示素子は、反射型液晶パネルである、ことを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉空間内に配置されたワイヤグリッド構造を持つ反射型偏光板を用いた光学系を有する投射型表示装置の小型化・高画質化に関する特許である。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶プロジェクタの高画素化が進み、特にシミュレーション用途においては高いコントラストを重視した光学系を搭載したプロジェクタが有用となっている。ワイヤグリッド構造を持つ反射型偏光板を用いた光学系は、従来の偏光ビームスプリッタを用いた構成と比較して光路中に配置されるガラス部材が空気に置き換わる。このために光学部品内で発生する光弾性によるコントラスト低下を原理的に低減することができる。特許文献１では、ワイヤーグリッドＰＢＳと反射型液晶パネルとを保持する保持部材を、赤、緑、青の３つの色光の光路上に配置し、この３つのユニットをプリズムの入射面に貼り付け連結することで保持する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０８７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワイヤーグリッドＰＢＳのような反射型偏光板を用いた光学系においては、従来のプリズムとパネルの間に反射型のワイヤーグリッドＰＢＳを配置するため空気間隔が増加する。このため、プリズムと反射型液晶パネルの距離（バックフォーカス）が遠くなる傾向にある。ここでは、３色の色光の光路上に配置された反射型偏光板と、液晶パネルと、それらを保持するメカ保持部材とを合わせたユニットをプリズムの入射面に対して固定している。このようにユニットをプリズム入射面に対して固定する場合には、ユニットとプリズムとを貼り付け連結することが多い。このような貼り付けを実施する場合には、その貼り付け面積を確保するためにプリズムおよびプリズムユニットが大型化する問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明においては、少なくとも１つの色光を変調して反射する画像表示素子を有する。さらに前記画像表示素子で変調された偏光を検光する偏光ビームスプリッタと前記色光を前記偏光ビームスプリッタが色分離合成する主光線を含む平面の法線方向に光を導くミラーを有する色分離合成光学系から構成される。また、前記偏光ビームスプリッタの光入射面に貼り付けられたカバーガラス部材を有し、前記カバーガラスの光入射面以外の側面には少なくとも１つの保持部材が貼られている。前記ミラーおよび前記反射型画像表示素子は前記保持部材に保持固定されていることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、反射型の液晶パネルを用いたＷＧ光学系において、プリズムの入射面に貼り付けらたカバーガラスの側面に保持部材を貼り付ける。さらに前記保持部材にＷＧ偏光板および液晶パネルを貼り付ける構成をとることで、製品厚さ方向のサイズを最少に構成することを特徴とする。また、前記保持部材には硝子、セラミック、鉄系金属等の一般的に線膨張係数の小さい材料を使用していることを特徴とする。これにより、高画質な反射型表示装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１の投射型表示装置の上面図
【図２】実施例１の投射型表示装置の側面図
【図３】実施例１の色合成光学系を下側から見た図
【図４】実施例１の色合成光学系を上側から見た図
【図５】実施例１の色合成光学系を下側から見た図
【図６】実施例１の投射型表示装置の側面図
【図７】実施例２の投射型表示装置の側面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１に投射型表示装置（画像表示装置、プロジェクタ）の上面図、図２に投射型表示装置の側面図を示す。本実施例の投射型表示装置は、複数の色光に対応する複数の反射型液晶パネル（反射型画像表示素子、反射型液晶パネル）と、それぞれからの色光（画像光）を合成する色合成プリズムと、各パネルからの画像光を検光する反射型偏光板を備えている。ここで、色合成プリズムは、光源からの光を複数の液晶パネルに対応した複数の色光に分解する色分解プリズムに置き換えても構わない。
【００１０】
光源１（ランプ光源やレーザ光源）を出射した光は第１フライアイレンズ（フライアイレンズＡ）２、第２フライアイレンズ（フライアイレンズＢ）３を通過することで複数の光束に分割される（瞳が分割された状態になる）。さらに分割された複数の光束の偏光方向をそろえる偏光変換素子４を出射したのち、コンデンサレンズ５で集光された光は色分離ダイクロ６によって波長に応じた２つの色光に分解される。この２つの色光は、本実施例においては１つの色光が青色光で、もう１つの色光が赤色光と緑色光とが混ざった色光としているが、この限りではない。
【００１１】
この２つの波長に分解された色光は、反射ミラー７により方向が変えられた後に、１つの色光（緑と赤が混ざった色光）はダイクロミラー８によって、さらに２つの波長の色光（緑色光と赤色光）に分解される。ダイクロミラー８を通過した光は、上方反射ミラー９（赤色光光路上のミラーは９Ｒ、同様に緑色光、青色光光路上のミラーは、９Ｇ、９Ｂ）により上方向（製品高さ上方向）に跳ね上げられる。この上方向とは、前述のコンデンサーレンズ５の光軸上を通りダイクロミラー６に入射する入射光線と、このダイクロミラー６によって分解された２つの出射光線との光路によって形成される平面と垂直な方向、としても良い。
【００１２】
このようにして上方に跳ね上げられた赤色光、緑色光、青色光は、それぞれコンデンサレンズ１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに入射してテレセントリック、或いはそれに近い状態で、反射型液晶パネル１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇに入射する。これらの赤色光、緑色光、青色光は、反射型液晶パネルに入射する前に、入射側偏光板１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、反射型偏光板（偏光ビームスプリッタ）１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを透過し、コントラスト調整用の位相補償板１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを透過する。ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂという記号は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光の光路上に配置された部材を意味しており、例えば、コンデンサレンズ１０Ｒは、赤色光の光路上に配置されたコンデンサレンズを意味している。また、反射型偏光板は、その偏光分離面が各色光の光線の進行方向に対して約４５度傾けるように配置されており、且つ反射型偏光板の入射面、及び出射面も、同様に４５度傾いていることが望ましい。またこの反射型偏光板は、ワイヤーグリッド偏光板（偏光分離素子）であることが望ましいが、多層膜で構成した反射型偏光板（偏光分離素子）であっても構わない。
【００１３】
位相補償板１３を通過した光は反射型液晶パネル（反射型画像表示素子）１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇで反射されると共に変調されて（画素ごとに偏光方向が変えられて）、画像情報を持った画像光に変換される。この反射型液晶パネル１４で反射した各色光は、それぞれ各位相補償板１３を通過し、その各色光の一部（又は全部）は反射型偏光板１２で方向が９０度折り曲げられ、残りの色光（一部又は全部）は反射型偏光板１２を透過する。この反射型偏光板１２で反射された各色光は、プリズム（クロスプリズム）１６の入射面に配置された（貼り付けられた）各色光に対応したカバーガラス１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに入射する。このカバーガラス１５を透過した光は製品の水平方向と同じ平面内（前述の平面内）において、色合成プリズム１６によってＲＧＢの色光が合成され投射レンズ（投射光学系、投影光学系）１７によりスクリーン１８に投影される。上記に述べた光学系は投射型表示装置本体１９に収容されている。
【００１４】
ここで、色合成プリズム１６は、赤、緑、青色の画像光を合成して投射レンズ１７に導く機能を有している。この各色光の中心（パネル上の画像の中心から垂直に出射する光線、或いは色合成された後に投射レンズの光軸上を通る光線）を通る中心光線と、合成後の光線の光路とで形成される色合成平面（図１の平面）が装置の横方向の平面である。つまり、色合成平面と垂直な方向（図１の紙面と垂直な方向、或いは図２の上下方向）が、装置の高さ方向（厚さ方向）と一致することとなる。
【００１５】
次に、この実施例に記載した反射型偏光板１２（ワイヤーグリッドＷＧ偏光板）の保持方法および反射型液晶パネルの保持方法について述べる。
【００１６】
図１において符号１４Ａは、反射型液晶パネルを出射した光束のうち最も外側の光線の光路を示している。この光線１４Ａの光路を見れば分かるように、反射型液晶パネルから出射した光束（画像光）は、反射型液晶パネルから投射レンズに近づくにつれて、徐々にその有効光束系（有効径）が大きくなる。この図１においても、カバーガラス１５を透過した光は、色合成プリズム１６に入射していくにしたがって、有効光線径が大きくなっている。これにより、カバーガラス１５は光軸に垂直な方向の外径サイズを色合成プリズム１６よりも小さく構成することができる（光軸上を通る光線の光路と垂直な平面内における、互いに垂直な２方向において小さくすることができる）。従って、光の進行方向から見たときのカバーガラスの面積を、色合成プリズムの面積よりも小さくすることができる。言い換えると、色合成プリズムに貼り付けられたカバーガラスの面を、色合成プリズムの面のうちカバーガラスが貼り付けられた面よりも小さくすることができることになる。このように色合成プリズムにカバーガラス１５を貼ることで、光路長を変えることなく、色合成プリズム１６の外形の小型化を図ることができる。
【００１７】
本実施例においてはこの構成を生かしつつ、図３に示すように、カバーガラス１５の側面に保持部材（固定部材、保持固定部材）２０を貼り付けることでユニットを小型に構成できる特徴がある。また、この保持部材２０は、図４に示すように、反射型偏光板１２を取り付ける取り付け面（斜面部２０Ｃ）を有している。さらに、この保持部材２０は、図５に示すように、反射型液晶パネル１４を保持するパネル保持部材２１の取り付け部２０Ｂを有している。液晶パネル１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂはパネル保持部材２１に対して、スペーサ部材２２によって、固定されている（貼り付けられている）。このようにこの保持部材２０は、複数のカバーガラスと複数の反射型偏光板のうち１組のカバーガラスの反射型偏光板とを保持する（相対的な位置、姿勢を固定する）機能を有する。
【００１８】
このような構成をとることで、色合成プリズム１６とカバーガラス１５の外形は光線が通過する範囲の大きさで決定される。反射型液晶パネル１４や反射型偏光板１２を固定するための面を設けるために色合成プリズム１６とカバーガラス１５の外形を大きくする必要がないことになる。
【００１９】
さらに、保持部材２０は光学系内部のデッドスペースに配置されているので、プリズムユニットの全体構成においても大型化する要素がない。よって少なくとも図２に示す、投射型表示装置の高さ方向のサイズ１９Ａを最少に構成することが可能となる。
【００２０】
図６に、カバーガラス（色合成プリズムと反射型偏光板との間の光路上に配置された光透過部材、透明部材、ガラス部材）１５に各部品を固定した状態の側面図を示す。ここで、カバーガラス１５は、色合成プリズム１６に対して、固定されて（貼り付けられて）おり、可視光を透過する透明な部材（光透過部材）であれば良い。このカバーガラス１５は保持部材２０と接着固定されており（ＵＶ接着剤等を用いるのが望ましい）、この接着面はカバーガラス１５の側面（図７中の接着面２０Ａ）に設けられている。ここで、カバーガラスの側面とは、各色の画像光（或いは各色の照明光）が入射する面と出射する面（どちらかがプリズムと対向する面で、もう一つは反射型偏光板と対向する面）を除いた面のことである。
【００２１】
このように、反射型偏光板を保持する（反射型偏光板に対して固定された）保持部材２０とカバーガラス１５とを、カバーガラス１５の側面において固定する（貼り付ける）構成を採っている。このため、必要とされる接着強度に対して接着面積の設定を色合成プリズム１６やカバーガラス１５等の光学ガラスのサイズを変えることなくある程度自由に設定可能である。パネル保持部材（固定部材、パネル偏光板固定部材）２１との接着面２０Ｂ、反射型偏光板１０の接着面２Ｃも同様に色合成プリズム１６やカバーガラス１５等の光学ガラスのサイズを変えることなく自由に設定可能である。
【００２２】
パネル保持部材２１は、反射型液晶パネル１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇを保持するように構成されている。ここで、このパネル保持部材２１は、前述したスペーサ部材を介して色合成プリズム１６に固定されており（貼り付けられており）、この実施例ではＵＶ接着剤等によって接着固定されている。
【００２３】
保持部材２０の材質はガラス、セラミック、鉄系の金属などの、線膨張係数が小さい材料、或いはその中の２つ以上の混合物であることが好ましい。線膨張係数が小さい材料を使用することで、投射型表示装置を点灯し、各所の温度が変化した（上昇した）場合であっても、温度変化による各種パラメータの変動量を小さくすることができる。例えば、保持部材２０の温度が上昇した場合、反射型液晶パネル１４から反射型偏光板１２までの距離が変化してしまうが、この変動量も小さくすることができる。これにより投射型表示装置内で温度変化が発生したときの、各色光の光路に配置された反射型偏光板１２、反射型液晶パネル１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇの相対位置ずれによる画質劣化を低減することができる。
【００２４】
また、特に保持部材２０（及びパネル保持部材２１）の材質をガラスにすることで、加工面精度を金属部品よりも容易にあげることができる。これにより、接着面の面精度に起因した接着剤の厚さばらつきを小さくすることができる。接着後に各部材に対して外部荷重や温度負荷がかかったとしても、接着剤の軟化による各部品の位置ずれを小さくすることができる。また、カバーガラス１５や反射型偏光板（基板はガラス部材で構成）とより近い線膨張係数に設定できるため、温度変化時に接着剤部にかかるひずみを小さくすることができる。これにより接着剤の微細な剥離による位置ずれを小さくすることができる。
【００２５】
この実施例１では、カバーガラスを貼り付けるプリズムは、反射型液晶パネルで変調された３色の画像光を合成する色合成プリズム１６であったがこの限りではない。具体的には、カバーガラスを貼り付けるプリズムは、光源からの光（照明光）を複数の色光（各色に対応した複数の照明光）に分離する色分離プリズムであっても構わない。その場合は、上述の説明において、光の進行順序が逆転することになる。従って、反射型偏光板は、色分離プリズムに貼り付けられた（固定された）カバーガラス（光透過部材）の側面に貼り付けられた保持部材（固定部材）によって保持されることとなる。
【実施例２】
【００２６】
実施例１においては、保持部材２０が反射型偏光板１２を直接保持する構成を示したが、本実施例２では、図７に記載したように。保持部材２０がホルダ部材２３を介して反射型偏光板１２を保持する例を開示する。
【００２７】
まず、前述したように、本実施例２では、反射型偏光板（ＷＧ偏光子）の位置や傾きを調整することができるホルダ部材２３を用いる。このホルダ部材２３が反射型偏光板（ワイヤーグリッド偏光板、ＷＧ偏光板、ワイヤーグリッド偏光分離素子）を保持した状態でホルダ部材２３を動かすことによって、保持部材２０と反射型偏光板１２の相対的な位置や姿勢を変化させている。このホルダ部材は、反射型偏光板１２と、保持部材２０（或いはカバーガラス１５、或いは色合成プリズム１６）との間の相対的な位置、姿勢のうち少なくとも一方を調整することが可能な部材である。ここで、ホルダ部材は、保持部材２０（或いはカバーガラス１５、或いは色合成プリズム１６）と液晶パネルとの相対的な位置、姿勢を変化させることなく、保持部材２０と反射型偏光板１２との位置、姿勢を変更可能であることが望ましい。
【００２８】
ここで、反射型偏光板１２は、接着剤（ＵＶ接着剤等）２３Ａによって、ホルダ部材２３に固定されている。
【００２９】
ホルダ部材２３は例えば中心に開口部を有したロの字形状をしており（図示せず）、外径は反射型偏光板１２よりも大きい板状部材で構成される。ホルダ部材に反射型偏光板を取り付け、反射型偏光板１２の側面を弾性接着剤２０Ｅで貼り付け実施する。ホルダ部材２３と反射型偏光板１２が一体のユニットになった状態で保持部材２０に（或いはパネル保持部材２１に）貼りつける構成とする。このように構成することで、反射型偏光板１２は、接着面積を確保するために、光学有効範囲より広い面積を持つ必要がない。保持部材２０の紙面奥行方向の厚さとホルダ部材２３の外径大きさで接着面積を決定することができる。保持部材２０の厚さ方向を変化しても各色光の光学系の配置におけるデッドスペースを活用することになるため、図２で示した投射型表示装置の高さ方向１９Ａの方向への大型化を避け、小型な投射型表示装置を構成することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  光源
１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ  Ｒ，Ｇ，Ｂ用入射側偏光板
１２Ｒ、１２Ｇ、１３Ｂ  Ｒ，Ｇ，Ｂ用反射型偏光板（ＷＧ偏光子）
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ  Ｒ，Ｇ，Ｂ用反射型液晶パネル
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ  Ｒ，Ｇ，Ｂ用カバーガラス
１９  投射型表示装置
２０  保持部材
２０Ａ  保持部材とカバーガラスの接着面
２０Ｃ  保持部材と反射型偏光板の接着面
２０Ｄ  保持部材とホルダ部材の接着面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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