(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光学部品を組み込んだ光学装置であって、
複数の小レンズを有するレンズアレイと、
前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜と、を各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能に組み込むための治具と、を備える
光学装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学装置であって、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第１と第２の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を前記第１と第２の開口面にそれぞれ通じる第１と第２の収納部に区画する仕切用突起部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第１と第２の開口面から前記第１と第２の収納部にそれぞれ収納される、光学装置。
【請求項３】
請求項１記載の光学装置であって、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第１と第２の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記第１の開口面近傍に設けられた突起部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を、前記第１の開口面に近い比較的小さな第１の収納部と、前記第２の開口面に近い比較的大きな第２の収納部とに区分する段差部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第２の開口面から前記第１と第２の収納部に所定の順序で収納される、光学装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３記載の光学装置であって、さらに、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとの間に介挿された状態で前記枠部に収納され、前記偏光変換素子アレイの光入射面の少なくとも一部を遮光する遮光板を備える、光学装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の光学装置であって、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第１と第２のアレイユニットに分割されており、
前記第１と第２の収納部のうちで前記第１と第２のアレイユニットが収納される収納部は、前記第１と第２のアレイユニットの間に挟まれて前記第１と第２のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部と、前記枠部の内面に対面して設置されて前記第１と第２のアレイユニットをそれぞれ前記位置決め用突起部に押しつける第１と第２のアレイユニット用弾性部材とを備える、光学装置。
【請求項６】
請求項３記載の光学装置であって、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第１と第２のアレイユニットに分割されており、
前記第１と第２の収納部のうちで前記第１と第２のアレイユニットが収納される収納部は、前記第１と第２のアレイユニットの間に挟まれて前記第１と第２のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部を備え、
前記第１と第２のアレイユニットは、前記固定部材によってそれぞれ前記位置決め用突起部に押し付けられることを特徴とする、光学装置。
【請求項７】
請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の光学装置であって、
前記第１と第２の収納部のうちで前記レンズアレイが収納される収納部は、前記枠部の内面の一方に設置されて前記レンズアレイを前記枠部の反対側の内面に押しつけるレンズアレイ用弾性部材を備える、光学装置。
【請求項８】
投写面上に画像を投写する投写型表示装置であって、
光源と、
複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する第２のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第２のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学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手段と、
前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備える投写型表示装置。
【請求項９】
投写面上に画像を投写する投写型表示装置であって、
光源と、
複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する第２のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第２のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光を、それぞれ画像信号に基づいて変調する３つの光変調手段と、
前記複数の光変調手段から射出された変調光を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段から射出される合成光を投写する投写光学系と、を備える投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の光学部品（素子）を組み込んだ光学装置、及びこの光学装置を備えた投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置には、光の利用効率を高めて明るい投写画像を得るために、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系が利用されている。偏光照明光学系は、一方向の偏光方向を有する偏光光のみを照明光として利用する光学系である。この偏光照明光学系には、非偏光光（光の偏光方向がランダムな偏光方向を有する光）を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子が用いられる。また、インテグレータ光学系は、投写画面の明るさを均一にするために、光源光を複数の微少な部分光束に分割し、各部分光束を照明光として利用する光学系である。このインテグレータ光学系には、複数の小レンズを備え、光源光を複数の部分光束に分割するレンズアレイが用いられる。通常、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系を組み合わせて照明光学系を構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、投写型表示装置に用いられる各光学部品は、投写型表示装置の各構成部品を実装するシャーシ上の各所定の位置に設けられたガイドに実装されている。従って、各光学部品の相対的な位置精度は、シャーシ上に設けられた各ガイドの相対的な位置精度に大きく依存する。このシャーシは投写型表示装置に用いられる各構成部品を実装するためのものであるため、ある程度大きなサイズが必要とされ、シャーシ上に設けられた各ガイドの位置精度はあまり良くない。しかし、偏光照明光学系およびインテグレータ光学系の機能を有効に発揮させて、光の利用効率を高めるためには、これらに用いられる光学部品、特に、偏光変換素子やレンズアレイが、シャーシ上に実装された場合の相対位置精度を向上させることが好ましい。
【０００４】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、投写型表示装置で使用される光学素子の光の利用効率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の光学装置は、
複数の小レンズを有するレンズアレイと、
前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜と、を各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能に組み込むための治具と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この光学装置は、レンズアレイと偏光変換素子アレイとを、着脱可能に一体化することができる。これにより、この光学装置に含まれる光学部品（素子）の相対的な位置精度を向上させることができる。これにより、この光学装置に含まれる光学素子の光の利用効率を向上させることができる。また、本発明の光学装置は、着脱可能であるので、この光学装置に組み込まれた光学素子を容易に交換することができる。
【０００７】
ここで、上記光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第１と第２の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を前記第１と第２の開口面にそれぞれ通じる第１と第２の収納部に区画する仕切用突起部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第１と第２の開口面から前記第１と第２の収納部にそれぞれ収納される、ことが好ましい。
【０００８】
上記治具によれば、レンズアレイを第１の開口面から第１の収納部に収納し、偏光変換素子アレイを第２の開口面から第２の収納部に収納することができるので、どちらか一方の光学素子を交換する必要が生じた場合でも、他方の光学素子を取り外すことなく交換することが可能である。したがって、部品の交換が容易であるという利点がある。
【０００９】
また、上記光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイはそれぞれ略矩形状の外形を有しており、
前記治具は、
両側に略矩形状の第１と第２の開口面を有するとともに、内部に中空部を有する枠部と、
前記第１の開口面近傍に設けられた突起部と、
前記枠部の内周面に設けられて、前記中空部を、前記第１の開口面に近い比較的小さな第１の収納部と、前記第２の開口面に近い比較的大きな第２の収納部とに区分する段差部と、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとが前記枠部に収納された状態で、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイと前記枠部とを着脱可能に固定する固定部材と、を備えており、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイは、前記第２の開口面から前記第１と第２の収納部に所定の順序で収納される、ことも好ましい。
【００１０】
上記治具によれば、レンズアレイと偏光変換素子アレイを第２の開口面から第１と第２の収納部に所定の順で収納することができる。したがって、組み立てが容易であるという利点がある。
【００１１】
なお、上記各光学装置は、
前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイとの間に介挿された状態で前記枠部に収納され、前記偏光変換素子アレイの光入射面の少なくとも一部を遮光する遮光板を備える、ようにしてもよい。
【００１２】
偏光変換素子アレイの光の入射面の少なくとも一部を遮光することにより偏光変換素子から射出される１種類の直線偏光光の純度（偏光度）を向上させることができる。
【００１３】
また、上記各光学装置は、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第１と第２のアレイユニットに分割されており、
前記第１と第２の収納部のうちで前記第１と第２のアレイユニットが収納される収納部は、前記第１と第２のアレイユニットの間に挟まれて前記第１と第２のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部と、前記枠部の内面に対面して設置されて前記第１と第２のアレイユニットをそれぞれ前記位置決め用突起部に押しつける第１と第２のアレイユニット用弾性部材とを備えることが好ましい。
【００１４】
また、上記光学装置において、前記レンズアレイと前記偏光変換素子アレイが、第２の開口面から第１と第２の収納部に所定の順で収納される場合には、
前記偏光変換素子アレイは、それぞれ略矩形の外形を有する第１と第２のアレイユニットに分割されており、
前記第１と第２の収納部のうちで前記第１と第２のアレイユニットが収納される収納部は、前記第１と第２のアレイユニットの間に挟まれて前記第１と第２のアレイユニットの位置を規定するための位置決め用突起部を備え、
前記第１と第２のアレイユニットは、前記固定部材によってそれぞれ前記位置決め用突起部に押し付けられるようにしてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、偏光変換素子アレイが第１と第２のアレイユニットに分割されている場合に、第１と第２のアレイユニットを位置決め用突起部を基準に精度良く収納することができる。
【００１６】
さらに、上記各光学装置において、
前記第１と第２の収納部のうちで前記レンズアレイが収納される収納部は、前記枠部の内面の一方に設置されて前記レンズアレイを前記枠部の反対側の内面に押しつけるレンズアレイ用弾性部材を備える、ことが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、レンズアレイが枠部のレンズアレイ用弾性部材が貼り付けられている内面とは反対側の内面に押し付けられるので、レンズアレイをこの反対側の内面を基準に精度良く収納することができる。
【００１８】
本発明の第１の投写型表示装置は、
光源と、
複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する第２のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第２のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学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手段と、
前記光変調手段から射出された変調光を投写する投写光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第２の投写型表示装置は、
光源と、
複数の小レンズを有する第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する第２のレンズアレイと、前記小レンズから射出された光を２種類の偏光光に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜によって分離された前記２種類の偏光光のうち一方を反射する反射膜とを各々複数有し、非偏光光を１種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子アレイと、前記第２のレンズアレイと前記偏光変換素子アレイとを、着脱可能にユニット化する治具と、を備える光学装置と、
前記光学装置から射出された光を、複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光を、それぞれ画像信号に基づいて変調する３つの光変調手段と、
前記複数の光変調手段から射出された変調光を合成する色光合成手段と、
前記色光合成手段から射出される合成光を投写する投写光学系と、を備える
ことを特徴とする。
【００２０】
本発明の光学装置を、上記第１、第２の投写型表示装置に用いることにより、投写型表示装置の光の利用効率を向上させることができる。また、この光学装置に含まれる光学素子は容易に着脱可能であるため、この光学装置に含まれる部品を容易に交換することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ方向、ｚ方向からみて１２時の方向をｙ方向、３時の方向をｘ方向とする。また、ｚ方向からみた光学部品の面を正面、ｙ方向からみた面を上面とし、原則として正面図を基準として説明する。
【００２２】
Ａ．第１実施例：
図１は、投写型表示装置に適用される偏光照明光学系の概略構成図を示す説明図である。この照明光学系は、光源１０と、第１のレンズアレイ２０と、第２のレンズアレイ１５０と、遮光板１４０と、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２と、重畳レンズ４０とを、備えるインテグレータ照明光学系である。後述するように、第２のレンズアレイ１５０と、遮光板１４０と、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２とは、１つの偏光変換ユニット（光学装置）３０として組み合わされている。
【００２３】
図２は、第１のレンズアレイ２０の外観を示す正面図および側面図である。第１のレンズアレイ２０は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ２０１が、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。従って、レンズ横方向中心からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列存在する。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ２０と同様な構成のレンズアレイである。なお、第１のレンズアレイ２０および第２のレンズアレイ１５０のレンズの向きは、＋ｚ方向あるいは−ｚ方向のどちらを向いていても良い。また、図１のように互いに異なる方向を向いていても良い。
【００２４】
図３は、偏光変換素子アレイ１３１の外観を示す斜視図である。この偏光変換素子アレイ１３１は、偏光ビームスプリッタアレイ３２０と、偏光ビームスプリッタアレイ３２０の光射出面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板３８１（図中斜線で示す）とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ３２０は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材３２３が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材３２３の界面には、偏光分離膜３３１と反射膜３３２とが交互に形成されている。λ／２位相差板３８１は、偏光分離膜３３１あるいは反射膜３３２の光の射出面のｘ方向の写像部分に、選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜３３１の光の射出面のｘ方向の写像部分にλ／２位相差板３８１を貼り付けている。
【００２５】
偏光変換素子アレイ１３１は、入射された光束を１種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換して射出する機能を有する。図４は、偏光変換素子アレイ１３１の機能を示す説明図である。偏光変換素子の入射面に、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射する。この入射光は、まず、偏光分離膜３３１によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜３３１によってほぼ垂直に反射され、反射膜３３２によってさらに垂直に反射されてから出射される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜３３１をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の射出面には、λ／２位相差板３８１が配置されており、このｐ偏光光がｓ偏光光に変換されて射出する。従って、偏光変換素子を通過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって出射される。また、偏光変換素子から出射される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板３８１を、反射膜３３２によって反射されたｓ偏光光が出射する射出面に配置するようにすればよい。
【００２６】
なお、隣り合う１つの偏光分離膜３３１および１つの反射膜３３２を含み、さらに１つのλ／２位相差板３８１で構成される１つのブロックを、１つの偏光変換素子３２５とみなすことができる。偏光変換素子アレイ１３１は、このような偏光変換素子３２５が、ｘ方向に複数列配列されたものである。この実施例では、４列の偏光変換素子３２５で構成されている。
【００２７】
偏光変換素子アレイ１３２も偏光変換素子アレイ１３１と全く同様であるので説明を省略する。
【００２８】
２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２は、図１に示すように、照明光学系の光軸を挟んで対称な向きに配置されている。
【００２９】
図５は、遮光板１４０の平面図である。遮光板１４０は、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２の光の入射面のうち、偏光分離膜３３１に対応する光入射面にのみ、光が入射するように、略矩形上の板状体に開口部１４１を設けた構成を有している。
【００３０】
図１に示す光源１０から射出された非偏光な光は、第１のレンズアレイ２０および第２のレンズアレイ１５０の複数の小レンズによって複数の部分光束２０２に分割されるとともに、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２の偏光分離膜３３１の近傍に集光される。特に、第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ２０から射出された複数の部分光束が２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２の偏光分離膜３３１上に集光されるように導く機能を有している。２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２に入射された複数の部分光束は、上述したように、１種類の直線偏光光に変換され射出される。２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ４０によって所定の照明領域８０上で重畳される。これにより、この照明光学系は、所定の照明領域を均一に照明することができる。
【００３１】
以上の説明からわかるように、この照明光学系において、第２のレンズアレイ１５０と、遮光板１４０と、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２とは、光源から射出された光を効率よく１種類の直線偏光光に変換するための重要な光学素子である。従って、これらの光学素子を精密に配置することが望ましい。そこで、本発明の偏光変換ユニット３０は、これらの第２のレンズアレイ１５０と、遮光板１４０と、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２とを、精密に配置すべく１まとめに組み立てものである。
【００３２】
図６は、本発明の第１実施例としての偏光変換ユニット（光学装置）の外観を示す説明図である。図７は、この偏光変換ユニットの分解斜視図である。この偏光変換ユニット３０は、ユニット枠１００と、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２と、遮光板１４０と、レンズアレイ１５０と、クリップ１６０と、を備えている。ユニット枠１００の一方の開口面（図７では下面）側からは２つの偏光変換素子アレイ１３１、１３２が挿入され、もう一方の開口面（図７では上面）側からは、遮光板１４０とレンズアレイ１５０とがこの順に挿入される。これらの光学素子１３１，１３２，１４０，１５０は、ユニット枠１００に収納された状態で、４つのクリップ１６０で上下２方向から挟持される。クリップ１６０は弾性体で形成されているので、クリップ１６０は容易に着脱することができ、光学装置３０の各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
【００３３】
図８は、偏光変換ユニット３０を組み立てるためのユニット枠１００の外観を示す説明図である。図８（Ａ）は正面図、図８（Ｂ）は上面図、図８（Ｃ）は底面図、図８（Ｄ）は左側面図、図８（Ｅ）は右側面図、図８（Ｆ）は背面図、図８（Ｇ）は図８（Ｆ）のＡＡ’断面図を示している。なお、正面は光射出面を、背面は光入射面を示す。図８（Ｇ）に示すように、ユニット枠１００は、断面が略Ｈの字状の形状を有しており、光射出面（正面）側の凹部１０２と光入射面（背面）側の凹部１１２とを有している。ユニット枠１００は、例えば樹脂成型によって作成される。
【００３４】
ユニット枠１００の光射出面側には、図８（Ａ），（Ｇ）に示すように、略矩形状の凹部１０２を有している。この凹部１０２は、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２を収納するための収納部として機能する。凹部１０２の内面には、ユニット枠１００の中空部を光射出面側の凹部１０２と光入射社面側の凹部１１２とに仕切るための仕切部１０２ｂが設けられている仕切部１０２ｂは中央に開口部１０２ａを有している。
【００３５】
図８（Ａ）に示すように、光射出面側の凹部１０２の上側と下側の内面の中心位置には、略直方体形状の突起１０４が設けられ、突起１０４の両側には小さな溝１０６が設けられている。また、凹部１０２の左右の内面にも溝１０８が設けられており、この溝１０８には、この溝１０８よりも厚みのあるクッション材１１０が貼り付けられている。クッション材１１０は、凹部１０２の左右の内面から少し内側に突き出している。図６（Ｃ）に示すように、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２は、突起１０４を挟むように凹部１０２に挿入される。このとき、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２は、クッション材１１０によって内側に押し付けられて、突起１０４を基準に、左右両側に配置される。従って、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２間のギャップは、突起１０４の厚みによって規定される。クッション材としては、多孔性ゴムなどの弾性材を用いることができる。なお、突起１０４の両側に設けられた溝１０６（図８（Ａ））は、突起１０４の根元が盛り上がっている場合にも２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２がその盛り上がり部分と接しないようにするために設けられている。
【００３６】
図７からわかるように、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２は、突起１０４を挟んで左右に反対向きになるように、かつ、偏光変換素子アレイ１３１，１３２の射出面側（図５に示すλ／２位相差版３８１が貼り付けられている面側）が外向きになるように、凹部１０２内に収納される。なお、偏光変換素子アレイ１３１，１３２の挿入方向を間違わないようにするために、偏光変換素子アレイ１３１，１３２を構成する一番外側の透光性部材を他の透光性部材と異なった色とするようにすることが好ましい。例えば、一番外側の透光性部材を青板ガラスとし、他の透光性部材を白板ガラスとすることができる。また、一番外側の透光性部材に目印となるような切りかけを設けるようにしても有効である。
【００３７】
ユニット枠１００の光入射面側には、図８（Ｆ），（Ｇ）に示すように、ユニット枠１００の略矩形状の外形よりも少し小さな略矩形状の凹部１１２ａが形成されている。さらに、凹部１１２ａの底部には段差が設けられており、この段差によって凹部１１２ａよりもさらに少し小さな凹部１１２ｂが形成されている。この凹部１１２ｂは、仕切部１０２ｂによって光入射面側の凹部１０２と仕切られている。
【００３８】
この凹部１１２ｂは、上述した遮光板１４０を収納するための収納部である。凹部１１２ｂは、遮光板１４０にほぼ等しい大きさを有しているので、遮光板１４０をこの凹部１１２ｂに挿入することにより、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２に対して遮光板１４０を精度良く配置することができる。
【００３９】
凹部１１２ａは、レンズアレイ１５０を収納するための収納部である。図８（Ｆ）に示すように、凹部１１２ａの右側の内面には、レンズアレイ１５０の位置決めのために、２つの突起１１６が設けられている。また、左側の内面には、クッション材１１０が貼り付けられている。レンズアレイ１５０を挿入する際には、クッション材１１０を左側に押し付けるように凹部１１２に挿入する。レンズアレイ１５０は、クッション材１１０によって突起１１６の方向に押し付けられて、突起１１６を基準に左右方向に精度良く配置される。
【００４０】
ユニット枠１００の正面側の上下の左右２箇所の端部には、図８（Ａ）〜（Ｅ）に示すように突起状のクリップ止め部１１８が設けられている。クリップ１６０は、略コの字状の形状を有し（図７）、クリップ止め部１１８に対応する穴１６２が設けられている。このクリップ１６０によって、ユニット枠１００に挿入された２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２とレンズアレイ１５０とを両側から挟み込んでユニット枠１００に固定することができる。
【００４１】
ユニット枠１００の上面には図８（Ａ），（Ｂ）からわかるように３つの突起１２０が形成されている。また、ユニット枠１００の左右の外枠には、投写型表示装置内の保持溝（後述する）に挿入されるガイド挿入部１２２が設けられている。このガイド挿入部１２２の光射出面（正面）側には、クッション材１１０が貼り付けられている。図９は、偏光変換ユニット３０を投写型表示装置に組み込んだ状態について示す概略断面図である。図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＢＢ’の概略断面図を示している。投写型表示装置に組み込まれる光学部品（要素）は、通常、下側ライトガイドと呼ばれるシャーシ６００Ｄと、上側ライトガイドと呼ばれるフタ６００Ｕとに挟まれて組み込まれる。上下のライトガイド６００Ｕ，６００Ｄによって、光軸ＬＣに垂直な平面に沿って上下方向に延びる左右一対の垂直壁９１１，９１２と、これらの垂直壁９１１，９１２の下端をつなぐ底壁９１３と、これらの垂直壁９１１，９１２の上端をつなぐ上壁９１４が形成される、各壁９１１〜９１４によって囲まれた部分に偏光変換ユニット３０が配置される。左右の側壁９１１，９１２には、保持溝９１５が設けられている。偏光変換ユニット３０は、この保持溝９１５に左右のガイド挿入部１２２を挿入することによって組み込まれる。ガイド挿入部１２２の正面側には、上述したようにクッション材１１０が貼り付けられているので、クッション材１１０によってガイド挿入部１２２が背面側に押し付けられることにより、偏光変換ユニット３０を保持溝９１５のガイド挿入部１２２の背面側と接触する面を基準に固定することができる。
【００４２】
ユニット枠１００の上面に設けられた突起１２０は、図９（Ａ）に示すように上壁９１４を押すためのものである。これにより、偏光変換ユニット３０が上下方向でがたつくのを防止することができる。また、下側ライトガイド６００Ｄには通気口（図示しない）が設けられており、この通気口から送り込まれた冷却風は、偏光変換ユニット３０の面に沿って流れ、突起１２０と上側ライトガイド６００Ｕとの間を流れた後、排気される。これにより、偏光変換ユニット３０を効率よく冷却することができる。
【００４３】
上述したように、ユニット枠１００の一方の開口面側から２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２を挿入し、他方の開口面側から遮光板１４０とレンズアレイ１５０とを順に挿入して、１つにまとめた偏光変換ユニット３０を構成することができる（図７）。これにより、各構成部品を相対的に精度良く配置することができ、光の利用効率を高めることができる。また、この偏光変換ユニット３０は、ユニット枠１００に各構成部品１３１，１３２，１４０，１５０を挿入し、クリップ１６０で固定するだけの簡単な構造であるので、着脱が簡単にできる。これにより、各構成部品を簡単に交換することができる。
【００４４】
なお、凹部１１２ｂの上下の内面の中心にも図８（Ａ）に示す突起１０４と同様な突起を設けるようにしてもよい。このとき、遮光板１４０の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部１１２ｂの上下の内面の中心に溝を設け、遮光板１４０に対応する突起を設けるようにしてもよい。こうすれば、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２と同様に、中心の突起を基準に遮光板１４０を配置することができる。
【００４５】
また、凹部１１２ａの上下の内面の中心にも突起１０４と同様な突起を設けるようにしてもよい。このとき、レンズアレイ１５０の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部１１４の上下の側面の中心に溝を設け、レンズアレイ１５０にこの溝に対応する突起を設けるようにしてもよい。これにより、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２と同様に、中心の突起を基準にレンズアレイ１５０を配置することもできる。
【００４６】
さらに、２つの偏光変換素子アレイ１３１，１３２を一体として１つの偏光変換素子アレイとしてもよい。このとき、偏光分離膜３３１および反射膜３３２の向きを中心に対して左右対称でなく平行としてもよい。１つの偏光変換素子アレイを用いる場合には、凹部１１２ａと同様に凹部１０２の右側または左側の内面に突起を設け、その反対側の内面にクッション材を貼りつけるようにしてもよい。このようにすれば、１つの偏光変換素子アレイを右側または左側にの内面に設けられた突起を基準に偏光変換素子アレイを配置することも可能である。
【００４７】
Ｂ．第２実施例：
図１０は、本発明の第２実施例としての偏光変換ユニット（光学装置）の外観を示す説明図である。図１１は、この偏光変換ユニットの分解斜視図である。図１１に示すように、この偏光変換ユニット３０Ａは、ユニット枠５００と、レンズアレイ５５０と、遮光板５４０と、２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２と、を備えている。ユニット枠５００の一方の開口面（図１１では上面）側から、レンズアレイ５５０と、遮光板５４０と、２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２とが順に挿入される。これらの光学素子５３１，５３２，５４０，５５０は、ユニット枠５００に収納された状態で、クリップ５６０によって上、左、右の３方向から挟持される。クリップ５６０は、ユニット枠５６０の四隅に設けられている突起部５１２に引っ掛けられる略コの字上の係合部５６１を左右方向に連結する第１の連結部５６２と、係合部５６１を上下方向に連結する第２の連結部５６３とを有している。クリップ５６０は、弾性体で形成されているので、クリップ５６０は容易に着脱することができ、光学装置３０Ａの各部品もユニット枠に容易に着脱することができる。
【００４８】
レンズアレイ５５０、遮光板５４０、および偏光変換素子アレイ５３１，５３２は、それぞれ第１実施例のレンズアレイ１５０、遮光板１４０、および偏光変換素子アレイ１３１，１３２と同様の機能を有している。図１１に示す偏光変換素子アレイ５３１，５３２は、３列の偏光変換素子３５０で構成されており、これに対応してレンズアレイ５５０は８行６列で構成され、遮光板５４０の開口部もこれに対応して構成されている。各光学素子の構成は、一例を示しているに過ぎず、第１実施例と同様であってもよい。なお、各光学素子の機能についての説明は省略する。
【００４９】
図１２は、偏光変換ユニット３０Ａを組み立てるためのユニット枠５００の外観を示す説明図である。図１２（Ａ）は正面図、図１２（Ｂ）は上面図、図１２（Ｃ）は底面図、図１２（Ｄ）は左側面図、図１２（Ｅ）は右側面図、図１２（Ｆ）は背面図、図１２（Ｇ）は図１２（Ａ）のＣＣ’断面図を示している。なお、図８と同様に、正面は光射出面を、背面は光入射面を示している。
【００５０】
ユニット枠５００の光射出面側には、図１２（Ｇ）に示すように略矩形状の凹部５０２ａを有している。さらに、凹部５０２ａの底部には段差が設けられており、この段差によって凹部５０２ａよりもさらに少し小さな凹部５０２ｂが形成されている。この凹部５０２ｂの底部には、凹部５０２ｂと光入射面側とを仕切る仕切部５０４ｂとして機能する。仕切部５０４ｂは中央に開口部５０４ａが形成されている。この開口部５０４ａが偏光変換ユニット３０Ａの光入射面に対応する。
【００５１】
図１２（Ｇ）の下側の凹部５０２ｂは、レンズアレイ５５０を収納するための収納部である。図１２（Ａ）に示すように、凹部５０２ｂの右側および下側の内面には、レンズアレイ５５０の位置決めのために、それぞれ２つの突起５０６が設けられている。また、凹部５０２ｂの左側の上端から上側の左端に渡ってクッション材１１０が折り曲げて貼り付けられている。レンズアレイ５５０の左上の角をこのクッション材１１０に押し付けるように凹部５０２ｂに挿入することにより、レンズアレイ５５０はクッション材１１０によって下方向および右方向に押し付けられて、右側および下側の突起５０６を基準に左右および上下方向に精度良く配置される。なお、図１１に示すようにレンズアレイ５５０の遮光板側の上下端部には、遮光板５４０とレンズアレイ５５０との間に隙間を設けるためのスペーサ５５１が貼り付けられている。
【００５２】
凹部５０２ａは、遮光板５４０および２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２を収納するための収納部である。図１２（Ａ）に示すように凹部５０２ａの上下の内面の中心位置には、略直方体の突起５０８が設けられている。また、突起５０８の両側には第１実施例における突起１０４の両側に設けられた溝１０６と同様な溝５１０が設けられている。さらに、ユニット枠５００の左右外側の側面にはそれぞれ上下２箇所にクリップ止め部５１２が設けられている。
【００５３】
遮光板５４０には、図１１に示すように上下の中心端部に突起５０８に対応する溝５４１が設けられている。遮光板５４０は、突起５０８が遮光板５４０の溝５４１に合わさるように凹部５０２ａ内に挿入される。これにより、遮光板５４０は、突起５０８を基準に凹部５０２ａ内に精度良く配置される。
【００５４】
凹部５０２ａの遮光板５４０の上（光射出面）側には、さらに、図１１に示すように２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２が、突起５０８を挟むように挿入される。その後、クリップ５６０の上下の連結部５６２によって偏光変換素子アレイ５３１，５３２が下に押し付けられるようにしながら、クリップ５６０の四隅の係合部５６１の穴がユニット枠５００のクリップ止め用突起５１２にはめ込まれることにより、各構成部品５５０，５４０，５３１，５３２がユニット枠５００に固定される。クリップ５６０は弾性体（板バネ）で形成されているので、２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２は、クリップ５６０によって光射出面から光入射面の方向に押し付けられるとともに、左側面および右側面から突起５０６の方向に押し付けられた状態で固定される。これにより、偏光変換素子アレイ５３１，５３２は、突起５０８を基準に左右両側に精度良く配置される。また、偏光変換ユニット３０Ａの各構成要素（部品）をユニット枠５００内に固定することができる。２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２間のギャップは、第１実施例と同様に突起５０６の厚みによって規定される。
【００５５】
ユニット枠５００の左右の側面には、投写型表示装置内の保持溝に挿入されるガイド挿入部５２２が設けられている。このガイド挿入部５２２の正面側には、クッション材１１０が貼り付けられている。これにより、第１実施例で説明したと同様に、偏光変換ユニット３０Ａを保持溝のガイド挿入部５２２の背面側と接触する面を基準に固定することができる。
【００５６】
上述したように、第２実施例においても、ユニット枠５００の一方の開口面側から、レンズアレイ５５０と、遮光板５４０と、２つの偏光変換素子アレイ５３１，５３２とを順に挿入して、１つにまとめた偏光変換ユニット３０Ａを構成することができる（図１１）。これにより、各構成要素を相対的に精度良く配置することができ、光の利用効率を高めることができる。また、この偏光変換ユニット３０Ａは、ユニット枠５００に各構成要素５５０，５４０，５３１，５３２を挿入し、クリップ５６０で固定した簡単な構造であるので、着脱が簡単にできる。これにより、各構成部品を簡単に交換することができる。
【００５７】
なお、凹部５０２ｂも、第１実施例で説明したと同様に、上下の内面の中心に突起を設け、レンズアレイ５５０の上下の端部の中心にこの突起に対応する溝を設けるようにしてもよい。逆に、凹部５０２ｂの上下の側面の中心に溝を設け、レンズアレイ５５０にこの溝に対応する突起を設けるようにしてもよい。これにより、中心の突起を基準にレンズアレイ５５０を配置することもできる。
【００５８】
また、本実施例では、レンズアレイ５５０、遮光板５４０、偏光変換素子アレイ５３１，５３２の順にユニット枠５００に挿入する例を示しているが、逆の順序で挿入する構成にしてもよい。
【００５９】
また、第１、第２実施例においては、遮光板を含む構成を例に説明しているが、遮光板を含まない構成としてもよい。
【００６０】
Ｃ．投写型表示装置の構成：
図１３は、本発明の光学装置を組み込んだ投写型表示装置の構成を示す概略平面図であり、下側ライトガイド６００Ｄの上に各構成部品が実装された状態を示している。この投写型表示装置１０００は、光源１０と、第１のレンズアレイ２０と、本発明の光学装置（偏光変換ユニット）３０と、重畳レンズ４０とで構成される照明光学系を備えている。また、ダイクロイックミラー５２，５６と、反射ミラー５４とを含む色光分離光学系５０を備えている。さらに、入射側レンズ６２と、リレーレンズ６６と、反射ミラー６４，６８とを含む導光光学系を備えている。また、３枚のフィールドレンズ７０，７２，７４と、３枚の液晶ライトバルブ８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂと、クロスダイクロイックプリズム８８と、投写レンズ９０とを備えている。
【００６１】
光源１０から重畳レンズ４０は、図３に示した照明光学系と同様であるので説明を省略する。反射ミラー４２は、重畳レンズから射出された光を色光分離光学系５０の方向に反射する機能を有している。色光分離光学系５０は、２枚のダイクロイックミラー５２，５６により、重畳レンズ４０から射出される光を、赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有している。第１のダイクロイックミラー５２は、重畳レンズ４０から射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。第１のダイクロイックミラー５２を透過した赤色光は、反射ミラー５４で反射され、フィールドレンズ７０を通って赤光用の液晶ライトバルブ８０Ｒに達する。このフィールドレンズ７０は、重畳レンズ４０から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ７２，７４も同様である。
【００６２】
第１のダイクロイックミラー５２で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー５６によって反射され、フィールドレンズ７２を通って緑光用の液晶ライトバルブ８０Ｇに達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー５６を透過し、導光光学系６０、すなわち、入射側レンズ６２、反射ミラー６４、リレーレンズ６６、反射ミラー６８を通り、さらに、フィールドレンズ７４を通って青色光用の液晶ライトバルブ８０Ｂに達する。なお、青色光に導光光学系６０が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ６２に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ７４に伝えるためである。
【００６３】
３つの液晶ライトバルブ８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂは、入射した光を、与えられた画像情報（画像信号）に従って変調する光変調手段としての機能を有している。これにより、３つの液晶ライトバルブ８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調されて各色光の画像を形成する。なお、図１に示した照明領域８０は、液晶ライトバルブ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂに相当する。
【００６４】
３つの液晶ライトバルブ８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂから射出された３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム８８に入射する。クロスダイクロイックプリズム８８は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成部としての機能を有している。クロスダイクロイックプリズム８８には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青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略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム８８で生成された合成光は、投写レンズ９０の方向に射出される。投写レンズ９０は、この合成光を投写スクリーン上に投写する機能を有し、投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００６５】
本例の投写型表示装置においては、第１実施例で説明した光学装置（偏光変換ユニット）３０を用いているので、この光学装置に含まれる光学素子（部品）の相対的な位置精度を向上させることができる。これにより、投写型表示装置における光の利用効率を向上させることができる。また、この光学装置の各構成部品は容易に着脱可能であるため、この光学装置の不良により投写型表示装置に不良が発生しても、この光学装置に含まれる不良部品を容易に交換することができ、投写型表示装置の不良を容易に解決することができる。第２実施例で説明した光学装置を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００６７】
（１）上記第１、第２実施例で説明した光学装置に含まれるレンズアレイや、遮光板、偏光変換素子アレイの各構成は一例を示したものである。すなわち、これらのレンズアレイや、遮光板、偏光変換素子アレイの各構成、例えば、偏光変換素子アレイにおける偏光変換素子の列数、レンズアレイの行数や列数、遮光板の有無、レンズアレイを構成する小レンズの形状等は、光源等の各構成要素の特性や、投写型表示装置の仕様などに応じ種々の態様で実施されるべきものである。
【００６８】
（２）上記投写型表示装置は、光変調手段として透過型の液晶パネルを利用したライトバルブを例に説明しているが、反射型の液晶パネルを利用したものであってもよい。また、鏡面素子を利用した光変調手段を用いたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投写型表示装置に適用される偏光照明光学系の概略構成図を示す説明図である。
【図２】第１のレンズアレイ２０の外観を示す正面図および側面図である。
【図３】偏光変換素子アレイ１３１の外観を示す斜視図である。
【図４】偏光変換素子アレイ１３１の機能を示す説明図である。
【図５】遮光板１４０の平面図である。
【図６】本発明の第１実施例としての光学装置の外観を示す説明図である。
【図７】本発明の第１実施例としての光学装置の分解斜視図である。
【図８】偏光変換ユニット３０を組み立てるためのユニット枠１００の外観を示す説明図である。
【図９】偏光変換ユニット３０を投写型表示装置に組み込んだ状態について示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第２実施例としての光学装置の外観を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２実施例としての光学装置の分解斜視図である。
【図１２】偏光変換ユニット３０Ａを組み立てるためのユニット枠５００の外観を示す説明図である。
【図１３】本発明の光学装置を組み込んだ投写型表示装置の構成を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１０…光源
２０…第１のレンズアレイ
３０…偏光変換ユニット（光学装置）
３０Ａ…偏光変換ユニット（光学装置）
４０…重畳レンズ
４２…反射ミラー
５０…色光分離光学系
５２，５６…ダイクロイックミラー
５４…反射ミラー
６０…導光光学系
６２…入射側レンズ
６４，６８…反射ミラー
６６…リレーレンズ
７０，７２，７４…フィールドレンズ
８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ…液晶ライトバルブ
８０…照明領域
８８…クロスダイクロイックプリズム
９０…投写レンズ
１００…ユニット枠
１０２…凹部
１０２ａ…開口部
１０２ｂ…仕切部
１０４…突起
１０６…溝
１０８…溝
１１０…クッション材
１１２…凹部
１１２ａ…凹部
１１２ｂ…凹部
１１４…凹部
１１６…突起
１１８…クリップ止め部
１２０…突起
１２２…ガイド挿入部
１３１，１３２…偏光変換素子アレイ
１４０…遮光板
１４１…開口部
１５０…レンズアレイ
１６０…クリップ
１６２…穴
２０１…小レンズ
２０２…部分光束
３２０…偏光ビームスプリッタアレイ
３２３…透光性部材
３２５…偏光変換素子
３３１…偏光分離膜
３３２…反射膜
３５０…偏光変換素子
５００…ユニット枠
５０２ａ…凹部
５０２ｂ…凹部
５０４ａ…開口部
５０４ｂ…仕切部
５０６…突起
５０８…突起
５１０…溝
５１２…クリップ止め部
５２２…ガイド挿入部
５３１，５３２…偏光変換素子アレイ
５４０…遮光板
５４１…溝
５５０…レンズアレイ
５５１…スペーサ
５６０…クリップ
５６１…係合部
５６２…第１の連結部
５６３…第２の連結部
６００Ｄ…下側ライトガイド
６００Ｕ…上側ライトガイド
９１１，９１２…垂直壁（側壁）
９１３…底壁
９１４…上壁
９１５…保持溝
１０００…投写型表示装置
【図１】
0003610764.tif 000002
【図２】
0003610764.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003610764.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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