(57)【要約】  偏光素子と、偏光素子に密着して配置され、かつ、光学軸が厚み方向から３０°以内の一軸性結晶基板である結晶基板と、を備え、結晶基板は、当該結晶基板に入射した光の偏光状態と、当該結晶基板を出射する際の偏光状態とが、所定範囲内で一致する厚みに設定されていることを特徴とする。
2014027459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光素子と、
前記偏光素子に密着して配置され、かつ、光学軸が厚み方向から３０°以内の一軸性結晶基板である結晶基板と、を備え、前記結晶基板は、特定の入射角度範囲内で、当該結晶基板に入射した光の偏光状態と、当該結晶基板を出射する際の偏光状態とが所定範囲内で一致する厚みに設定されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記結晶基板の、前記偏光素子の反対側に配置されて、当該結晶基板を前記偏光素子とで挟む位置に設けられた光学補償媒体を備え、
前記光学補償媒体の光学軸が、当該光学補償媒体の厚み方向から３０°以内の異方性媒体であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記結晶基板の屈折率異方性の正負符号と、光学補償媒体の屈折率異方性の正負符号とが、逆であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。  
【請求項４】
前記偏光素子の、前記結晶基板の反対側の面に密着して、当該偏光素子を前記結晶基板とで挟むように設けられた第２の結晶基板を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記結晶基板が、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きな値の熱伝導率を有することを特徴とする請求項１乃至は４のいずれか１項に記載の光学素子。  
【請求項６】
前記結晶基板は、光学軸が当該結晶基板の厚み方向から５°以内の一軸性結晶基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。  
【請求項７】
前記光学補償媒体の光学軸が、当該光学補償媒体の厚み方向から５°以内の異方性媒体であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。  
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子に風を送風する冷却ファン、前記結晶基板に密着して設けられたヒートシンク、前記光学素子に向けて光を発光する光源、の少なくとも１つを備えることを特徴とする光学装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子と、
光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、を備えることを特徴とする映像表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子と、
光源からの出射光が入射し、変調素子に入射させる照明光学系と、
光を映像信号に応じて変調させる変調素子と、
前記変調素子からの光をスクリーンに投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏光状態を変換する光学素子、光学装置及び映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタは、光源と、光源からの出射光が入射される照明光学系と、照明光学系からの光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、変調素子からの光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えている。プロジェクタでは、変調素子として液晶パネル等の偏光依存性を有する素子が使用される場合がある。【０００３】
液晶パネルは、液晶セルとその前後に配置された偏光子とを備えている。液晶セルの前に配置された偏光子は、光源から出射した光を特定の偏光状態にし、液晶セルは入射した光の偏光状態を別の偏光状態に変換する。そして、液晶セルの後に配置した偏光子は、液晶セルを透過した光のうち、特定の偏光のみを透過させる。【０００４】
偏光子としては、透過軸方向以外の方向の偏光を吸収する吸収型偏光子や、透過軸方向以外の方向の偏光を反射する反射型偏光子が挙げられる。いずれの偏光子においても、透過軸方向に振動する直線偏光が出射される。【０００５】
しかしながら、吸収型偏光子では、透過軸方向以外の方向の偏光は、偏光子の内部で吸収され、発熱する。また、反射型偏光子でも、僅かでも光の吸収が生じると発熱する。発熱により偏光子の温度が上昇すると、透過方向透過率の低下、吸収（または反射）方向透過率の上昇、ヘイズの上昇といった偏光子の特性劣化が生じる。偏光子の特性劣化は、プロジェクタのコントラスト低下や輝度低下、色ずれを引き起こす要因となる。【０００６】
そこで、偏光子の放熱効果を高めるために、熱伝導率の高い水晶基板やサファイア基板といった結晶基板を冷却板として用いた光学素子が提案されている（特許文献１〜３参照）。【０００７】
水晶基板やサファイア基板は、１つの光学軸を有する一軸性結晶基板である。そこで、特許文献１及び特許文献２では、光が結晶基板に入射する前後で偏光状態を変化させないようにするために、直線偏光の偏光方向と基板の光学軸とを平行又は垂直に位置合わせする提案を行っている。即ち、偏光子の透過軸方位と結晶基板の光学軸方位とが平行又は直交となるように正確に位置合わせする。【０００８】
一方、特許文献３は、位置合わせの必要性を回避するために、位相差が同じ２つの結晶基板の光学軸を直交させて使用する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３４４３５４９号公報
【特許文献２】特許第３９７９１０６号公報
【特許文献３】特許第４０８２１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の提案では、偏光子の透過軸方位と結晶基板の光学軸方位とが平行又は直交した位置からずれた場合、結晶基板内で、偏光状態の変化が発生してしまう。偏光状態の変化により、液晶パネルの特性低下が生じて、プロジェクタから投影される映像のコントラスト低下や輝度低下、色ずれ等が発生するという課題があった。【００１１】
一方、特許文献３の提案では、２つの結晶基板の光学軸を直交させた偏光子では、その偏光特性に大きな角度依存性が生じ、斜入射時には偏光状態が変化するという課題があった。【００１２】
そこで、結晶基板を偏光子に密着させて放熱効果を高めた光学素子において、正確な位置合わせが必要であるという課題と結晶基板で偏光状態が変化するという課題とを同時に解決する方法が求められていた。【００１３】
このような課題は、ポリマー波長板といった位相差板の放熱効果を高めるために、位相差板と結晶基板とを、光学軸同士が平行又は直交するように密着させる場合も同様である。【００１４】
そこで、本発明は、位置合わせが不要で偏光状態が変化しない結晶基板を用いて、偏光子の放熱効果を高めた光学素子、光学装置及び映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、光学素子にかかる発明は、偏光素子と、偏光素子に密着して配置され、かつ、光学軸が厚み方向から３０°以内の一軸性結晶基板である結晶基板と、を備え、結晶基板は、当該結晶基板に入射した光の偏光状態と、当該結晶基板を出射する際の偏光状態とが、所定範囲内で一致する厚みに設定されていることを特徴とする。【００１６】
また、光学装置は、上記光学素子と、光学素子に風を送風する冷却ファン、結晶基板に密着して設けられたヒートシンク、光学素子に向けて光を発光する光源、の少なくとも１つを備えることを特徴とする。【００１７】
さらに、映像表示装置は、上記光学素子と、光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、位置合わせが不要で偏光状態が変化しない結晶基板を用いて、偏光子の放熱効果を高めたので、例えばプロジェクタから投影される映像のコントラスト低下や輝度低下、色ずれを抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態の光学素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】光学素子に対する光の角度を定義する斜視図である。
【図３】偏光素子単独の透過偏光方向透過率の角度依存性のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる実施例の結果で、（ａ）は第１実施モデルのシミュレーション結果、（ｂ）は第２実施モデルとのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる実施例の結果で、（ａ）は第１比較モデルのシミュレーション結果、（ｂ）は第２比較モデルとのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる実施例の結果で、（ａ）は第３比較モデルのシミュレーション結果、（ｂ）は第４比較モデルとのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の光学素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】発明の第２の実施形態の原理を示す断面図である。
【図９】発明の第２の実施形態の実施例の結果で、（ａ）は第３実施モデルのシミュレーション結果、（ｂ）は第４実施モデルとのシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の別な光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態の別な光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態の光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態の別な光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態の別な光学装置の構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態の映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態の別な映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態の別な映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態の映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態の別な映像表示装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態の光学素子２Ａの構成を示す斜視図である。光学素子２Ａは、偏光素子１０と、この偏光素子１０に密着して配置された結晶基板１１とを含んでいる。
【００２１】
偏光素子１０は、例えば、偏光子や位相差板である。偏光素子１０の光学軸５０は、この偏光素子１０が偏光子により形成されている場合は透過軸、位相差板により形成されている場合は光学軸である。
【００２２】
偏光子として、例えば、ポリビニルアルコールを主体に、ヨウ素化合物分子を吸着配向させて作製された吸収型偏光子、等方性フィルムと異方性フィルムとを多層積層させた多層フィルム反射型偏光子、金属をグリッド状に配置したワイヤグリッド偏光子、無機の構造多層膜で形成されたフォトニック構造のフォトニック結晶偏光子等が挙げられる。位相差板として、ポリマー製波長板、水晶製波長板、フォトニック結晶波長板等が挙げられる。
【００２３】
結晶基板１１は、光学軸５１が厚み方向から３０°以内、より好ましくは５°以内の一軸性結晶基板である。
この結晶基板１１として、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有し、可視光波長領域で透明なものが好ましい。このような結晶基板として、例えば水晶やサファイアが挙げられる。
【００２４】
光学素子２Ａに入射させる光の入射方向は、用途に合わせて適宜設定することが好ましい。より好ましくは、偏光度の高い偏光状態が求められる方向に、偏光子を配置した設定とする。例えば、液晶セルの入射前後で偏光素子として使用する場合、入射側では結晶基板１１側から、出射側では偏光素子１０側から光を入射させることが好ましい。偏光素子１０として反射型偏光子を用いて、偏光を再利用することにより特定の偏光を取り出す場合、光源側に偏光素子１０を設けることが好ましい。
【００２５】
次に、このような構成の光学素子２Ａの動作について説明する。図２は、ｘｙｚ軸と、光の進行方向Ｄと、入射角度（方位角φと極角θ）を定義した図である。結晶基板１１や偏光素子１０の面はｘｙ面内であり、厚み方向はｚ軸方向である。方位角φは進行方向Ｄをｘｙ面内に投影した際の、投影線とｘ軸とのなす角であり、極角θは進行方向Ｄとｚ軸とのなす角である。
【００２６】
結晶基板１１の光学軸５１が厚み方向であることから、垂直入射（θ＝０）のとき、結晶基板１１内で位相差は生じない。従って、結晶基板１１への入射前後で偏光状態は変化しない。
【００２７】
一方、斜入射（θ＝θｉ）の場合、結晶基板１１の屈折率楕円体の長軸方向屈折率をｎｓ／／、短軸方向屈折率をｎｓ⊥、厚みをｄｓとしたとき、
2014027459.tif 000003
に示す位相差δｓが生じる。
【００２８】
入射直線偏光の偏光方位と結晶基板１１の光学軸５１の方位とが平行又は直交のとき、偏光状態は変化しない。しかし、入射直線偏光の偏光方位と結晶基板１１の光学軸５１の方位とが非平行又は非直交のときは、位相差δｓの影響を受けて偏光状態が変化する。特に、入射直線偏光の偏光方位と結晶基板１１の光学軸５１の方位とが４５°傾いたとき、偏光状態の変化は最大となる。
【００２９】
しかしながら、光の入射角θｉは、位相差δｓの小さい範囲内であれば、入射前後で偏光状態は、ほぼ同じになる。また、入射角θｉが大きくなるにつれて位相差δｓは大きくなるが、厚みｄｓを小さくすることで、位相差δｓの変化量は抑えられる。
【００３０】
光学軸５１が厚み方向からずれた場合、式１と異なる位相差が生じる。この結果、入射直線偏光の偏光方位と結晶基板１１の光学軸５１の方位に依存して、偏光状態が変化する。しかし、光学軸の厚み方向からのずれが３０°以内であれば、位相差δｓは小さく、光学軸方位と入射光の偏光方向によらず、偏光状態の変化を低減することができる。光学軸５１は、厚み方向に近い程、偏光状態の変化を抑制することができ、好ましくは厚み方向から５°以内である。
【００３１】
（実施例）
次に、実施例を説明する。本実施例では、後述する第１実施モデル〜第２実施モデル、第１比較モデル〜第４比較モデルの光学素子を用いて、その偏光状態に関するシミュレーションを行った。
【００３２】
（第１実施モデル）：  第１実施モデルの光学素子は、偏光素子１０として透過軸方位が９０°のＰＶＡ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）吸収型偏光子、結晶基板１１として光学軸５１が厚み方向のサファイア基板（屈折率：ｎｓ／／＝１．７６３７，ｎｓ⊥＝１．７７１８、厚み：ｄｓ＝３５μｍ）を用いた。
【００３３】
（第２実施モデル）：  第２実施モデルの光学素子は、第１実施モデルの光学素子において、結晶基板１１の方位を２０°だけ回転させて構成した。
【００３４】
（第１比較モデル）：  第１比較モデルの光学素子は、偏光素子１０として透過軸方位が９０°のＰＶＡ吸収型偏光子、結晶基板１１として光学軸がｘｙ面内で方位０°のサファイア基板（厚み：ｄｓ＝３００μｍ）を用いて構成した。
【００３５】
（第２比較モデル）：  第２比較モデルの光学素子は、第１比較モデルの光学素子において、結晶基板１１の方位を２０°だけ回転させた。
【００３６】
（第３比較モデル）：  第３比較モデルの光学素子は、偏光素子１０として透過軸方位が９０°のＰＶＡ吸収型偏光子、結晶基板１１として光学軸がｘｙ面内で、方位０°及び９０°の直交させた２枚のサファイア基板（厚み：ｄｓ＝３００μｍ）を用いた。即ち、結晶基板１１は２枚用いた。
【００３７】
（第４比較モデル）：  第４比較モデルの光学素子は、第３比較モデルの光学素子において、２枚の結晶基板１１の方位を２０°だけ回転させた。
【００３８】
そして、各モデルの光学素子２Ａの透過偏光方向における透過率の角度依存性を、拡張ジョーンズ行列計算法を用いてシミュレーションした。なお、光源は偏光素子１０側に配置した。
【００３９】
図３は、偏光素子１０の直後における透過偏光方向の透過率を示した図である。また、図４（ａ）は第１実施モデルの透過偏光方向の透過率、図４（ｂ）は第２実施モデルの透過偏光方向の透過率を示した図である。
【００４０】
図５（ａ）は第１比較モデルの透過偏光方向の透過率、図４（ｂ）は第２比較モデルの透過偏光方向の透過率を示した図である。また、図６（ａ）は第３比較モデルの透過偏光方向の透過率、図６（ｂ）は第４比較モデルの透過偏光方向の透過率を示した図である。
【００４１】
図４の結果から、サファイア基板の直後における偏光方向透過光の強度は、角度依存性を持つものの、ある入射角範囲（およそ５０°）内では、高い透過光強度が得られた。また、方位を回転させても特性が変化しないことから、位置合わせが必要ないことが判明した。
【００４２】
図５の結果から、方位を変えると透過率が大きく低下することが判明した。
【００４３】
図６の結果から、限られた入射極角（およそ２０°）範囲内では方位角を変えても高い透過率が得られるが、それ以外の入射極角では方位を変えたときの角度依存性が大きいことが判明した。
【００４４】
以上から、本実施形態にかかる光学素子は、偏光素子の軸方位と結晶基板の光学軸方位との位置合わせが不要で、偏光状態の変化がほぼ生じない結晶基板を用いて、偏光素子の放熱効果を高めることができる。
【００４５】
なお、上記説明では、偏光素子の片方の面のみに結晶基板を密着配置する構成を示したが、偏光素子の両面に結晶基板を密着して配置しても良い。即ち、結晶基板と、この結晶基板と別の結晶基板（第２の結晶基板）を設けて、これらにより偏光素子を挟むようにしてもよい。これによりさらに放熱効果を高めることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。図７は、本実施形態の光学素子２Ｂの構成を示す斜視図である。
【００４７】
光学素子２Ｂは、偏光素子１０と、この偏光素子１０に密着して配置された結晶基板１１と、結晶基板１１の偏光素子１０と反対側に配置された光学補償媒体１２とを含んでいる。なお、偏光素子１０と結晶基板１１とにより第１の実施形態にかかる光学素子２Ａが構成されている。この結晶基板１１は、光学軸が厚み方向から３０°以内の一軸性結晶基板である。
【００４８】
光学補償媒体１２は、光学軸５２が厚み方向から３０°以内、好ましくは５°以内の異方性媒体である。この光学補償媒体１２として、例えば水晶やサファイア等の結晶、ポリカーボネートのような異方性フィルム、フォトニック結晶といった微細構造偏光素子が利用できる。
【００４９】
結晶基板１１の屈折率と光学補償媒体１２の屈折率（屈折率楕円体の長軸方向屈折率ｎｃ／／、短軸方向屈折率ｎｃ⊥）について、結晶基板１１の屈折率異方性が正（ポジティブ、ｎｓ／／＞ｎｓ⊥）、かつ、光学補償媒体１２の屈折率異方性が負（ネガティブ、ｎｃ／／＜ｎｃ⊥）であることが好ましい。または、結晶基板１１の屈折率異方性が負（ｎｓ／／＜ｎｓ⊥）かつ光学補償媒体１２の屈折率異方性が正（ｎｃ／／＞ｎｃ⊥）であることが好ましい。例えば、サファイアの屈折率異方性は負、水晶の屈折率異方性は正である。
【００５０】
さらに、結晶基板１１の位相差と光学補償媒体１２の位相差との和が０となるときの、当該光学補償媒体１２の厚みｄｃは、
2014027459.tif 000004
で表されるので、式２の値の３０％以内の値に光学補償媒体１２の厚みを設定することが好ましい。さらに好ましくは、５％以内の値である。無論、光学素子２Ｂの光を入射させる方向は、用途に合わせて適宜設定することが可能である。
【００５１】
次に、上記構成の光学素子２Ｂの動作について説明する。図８（ａ）は、光学補償媒体１２による偏光状態の変化を示した図であり、図８（ａ）は、結晶基板１１による偏光状態の変化を示した図である。
【００５２】
結晶基板１１の光学軸５１と光学補償媒体１２の光学軸５２とが、共にほぼ厚み方向であることから、垂直入射（θ＝０）のとき、位相差は生じない。従って、結晶基板１１及び光学補償媒体１２への入射前後で偏光状態は変化しない。
【００５３】
一方、斜入射（θ＝θｉ）のとき、結晶基板１１では位相差δｓが生じる。また、光学補償媒体１２では位相差δｃが生じる。従って、位相差δｓと位相差δｃとを相殺させることで、全体の位相差δを小さくすることができる。
【００５４】
結晶基板１１の屈折率と光学補償媒体１２の屈折率とについて、結晶基板１１の屈折率異方性が正、かつ、光学補償媒体１２の屈折率異方性が負、又は、結晶基板１１の屈折率異方性が負、かつ、光学補償媒体１２の屈折率異方性が正とすることで、全体の位相差δを小さくすることができる。
【００５５】
また、光学補償媒体１２の厚みｄｃを、入射角９０°の全体の位相差δが０となる条件から算出した式２で表される値とすることで、全ての入射角で位相差δを極めて小さくすることができる。
【００５６】
光学軸５２は、厚み方向に近い程、偏光状態の変化を抑制することができ、好ましくは厚み方向から５°以内である。これに対し、光学軸５２が厚み方向からずれると、位相差は変化する。この結果、入射直線偏光の偏光方位と結晶基板１１の光学軸方位に依存して、偏光状態が変化する。しかし、光学軸５２の厚み方向からのずれが３０°以内であれば、位相差δは小さく、光学軸方位と入射光の偏光方向によらず、偏光状態の変化を低減することができる。
【００５７】
次に、実施例を説明する。本実施例では、後述する第３実施モデル〜第４実施モデルを用いて、その偏光状態に関するシミュレーションを行った。
【００５８】
（第３実施モデル）：  第３実施モデルの光学素子は、偏光素子１０として透過軸方位が９０°のＰＶＡ吸収型偏光子、結晶基板１１として光学軸が厚み方向のサファイア基板（屈折率：ｎｓ／／＝１．７６３７，ｎｓ⊥＝１．７７１８、厚み：ｄｓ＝３００μｍ）、光学補償媒体１２として、光学軸５２が厚み方向の水晶（屈折率：ｎｃ／／＝１．５５６２，ｎｃ⊥＝１．５４７０、厚み：ｄｃ＝１９０．７μｍ）を用いた。
【００５９】
（第４実施モデル）：  第４実施モデルの光学素子は、偏光素子１０として透過軸方位が９０°のＰＶＡ吸収型偏光子、結晶基板１１として光学軸が極角３０°、方位角１５°のサファイア基板（厚み：ｄｓ＝３００μｍ）、光学補償媒体１２として光学軸５２が極角３０°、方位角１５°の水晶（厚み：ｄｃ＝２３０．７μｍ）を用いた。
【００６０】
そして、各モデルの偏光素子１０の透過偏光方向における透過率の角度依存性を、拡張ジョーンズ行列計算法を用いてシミュレーションした。なお、光源は偏光素子１０側に配置した。
【００６１】
図９（ａ）は第３実施モデルのシミュレーション結果を示した図、図９（ｂ）は第４実施モデルのシミュレーション結果を示した図である。
【００６２】
図９（ａ）から、偏光素子１０の直後における偏光状態と光学補償媒体１２の直後における偏光状態とがほぼ等しい結果が得られた。また、図９（ｂ）から、光学軸が傾いたとき、角度依存性は異なるものの、高い透過率が得られた。本実施形態の光学素子は、第１の実施形態の光学素子に対して光学補償媒体が追設される必要があるが、角度依存性を抑制できることが示された。
【００６３】
以上から、本構成の光学素子によれば、偏光素子の軸方位と結晶基板の光学軸方位との位置合わせが不要で、偏光状態の変化がほぼ生じない結晶基板を用いて、偏光素子の放熱効果を高めることができた。また、第１の実施形態に比べて光学補償媒体が必要であるが、角度依存性を抑制することができた。
【００６４】
なお、偏光素子１０の両面に結晶基板１１を密着して配置し、光学補償媒体１２を結晶基板１１の偏光素子１０と反対側に、片側だけもしくは両側の位置に配置した構成としても良い。これによりさらに放熱効果を高めることができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００６６】
図１０は、本実施形態の光学装置３Ａの構成を示す斜視図である。光学装置３Ａは、第１の実施形態にかかる光学素子２Ａに冷却ファン１３が追設された構成となっている。
【００６７】
このように冷却ファン１３を設けて、結晶基板１１及び偏光素子１０に風を送風することにより、極めて効率良く、結晶基板１１及び偏光素子１０の熱を放散することができる。即ち、偏光素子の軸方位と結晶基板の光学軸方位との位置合わせが不要で、偏光状態がほぼ変化しない結晶基板を用いて、偏光素子の放熱効果を高めることができることが可能になる。
【００６８】
なお、結晶基板１１の偏光素子１０と反対側に光学補償媒体を配置しても良い。
【００６９】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。
【００７０】
図１１は、本実施形態の光学装置３Ｂの構成を示す斜視図である。この光学装置３Ｂは、第１の実施形態にかかる光学素子２Ａにヒートシンク１４を追設して、光学素子２Ａの放熱を効率的に行えるようにした。
【００７１】
即ち、光学装置３Ｂは、光学素子２Ａにおける結晶基板１１の面（偏光素子１０と反対側の面）に密着させたヒートシンク１４を備える。このヒートシンク１４として、アルミニウムや銅等の熱伝導率が高い金属材料が挙げられる。
【００７２】
これにより、ヒートシンク１４が結晶基板１１の熱を効率良く放散するので、結晶基板１１及び偏光素子１０の温度を効率的に下げることができる。
【００７３】
なお、上記説明では、ヒートシンク１４は偏光素子１０と反対側の結晶基板１１の面に密着させたが、この構成に限定するものではない。例えば、図１２に示す光学装置３Ｃのように結晶基板１１の偏光素子１０側の面に密着させても良く、さらには図１３に示す光学装置３Ｄのように結晶基板１１の側面に密着させても良い。また、金属と結晶基板との間に熱伝導シートもしくは熱伝導ジェルを挟んでも良い。
【００７４】
また、光学装置３Ａ〜３Ｄにおいては、結晶基板１１の偏光素子１０と反対側に光学補償媒体１２を配置しても良い。即ち、結晶基板１１が偏光素子１０と光学補償媒体１２とで挟まれるように、この光学補償媒体１２を配置しても良い。さらに冷却ファン１３を設置しても良い。冷却ファン１３を設置した場合、送風により、極めて効率良く、光学素子の熱を放散することができる。
【００７５】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を説明する。なお、上述した各実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。本実施形態にかかる光学装置は、上述した光学素子２Ａ〜２Ｂ、光学装置３Ａ〜３Ｄのいずれか１つに光源ユニットを追設した構成に関する。以下の説明では、光学素子２Ａを用いた場合について説明するが、これに限定するものではない。このとき、光学素子２Ａにおける偏光素子１０は、特に偏光子を用いる。
【００７６】
図１４は、本実施形態にかかる光学装置３Ｅの構成を示す斜視図である。この光学装置３Ｅは、光源２０と光学素子２Ａで構成される。
【００７７】
この光源２０として、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や冷陰極管、有機ＥＬ、無機ＥＬ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、これらの光源と導光板とを組み合わせたものが挙げられる。このとき、光源２０から出射された光は、ランダム偏光であり、可視光であるとする。
【００７８】
光学素子２Ａは、特定の偏光のみ透過させることができるように設定されているとする。例えば、偏光素子１０が反射型偏光子の場合、光学素子２Ａで反射された偏光が光源２０で反射されることで、偏光を再利用しながら特定の偏光のみを取り出すことができる。
【００７９】
光学素子２Ａは、先に説明したように高い放熱効果を持つように構成されているので、強い光を出射する光源２０を用いることが可能である。
【００８０】
また、光学素子２Ａに光を入射させる際の入射方向は特に限定されないが、偏光再利用の効果及び、放熱効果を向上させるために、入射側に偏光素子１０が位置していることが好ましい。
【００８１】
このような光学装置３Ｅの具体例として、有機ＥＬ等の面型光源と、反射型偏光子の偏光素子１０と、結晶基板１１とを、全て密着させる。各要素間を全て密着することで、表面反射を起す回数が少なくなり、効率的に特定の偏光を取り出すことができる。
【００８２】
なお、本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、図１５、図１６に示すような光学装置３Ｆ、３Ｇでもよい。
【００８３】
図１５に示す光学装置３Ｆは、光源２０と、光学素子２Ａと、この光学素子２Ａと別の光学素子（第２の光学素子）２１と、を含んでいる。そして、第２の光学素子２１は、光源２０と光学素子２Ａとで挟まれた構成となっている。
【００８４】
このような第２の光学素子２１として、位相差板や、偏光解消素子、拡散素子、これらの組み合わせを用いることができる。
【００８５】
偏光素子１０として反射型偏光子を用いた場合、光学素子２Ａで反射された偏光は、第２の光学素子２１で偏光状態や光の角度が変換され、光源２０で光を反射される。従って、この光源２０で光を反射された偏光は、第２の光学素子２１を透過して光学素子２Ａに入射するので、偏光の再利用効率を高めながら、特定の偏光を取り出すことが可能になる。
【００８６】
構成例として、有機ＥＬ等の面型光源と、位相差板と、偏光素子と、結晶基板とを、密着配置させて使用することができる。このとき、表面反射の回数を減らすことができることから、特定の偏光を効率的に取り出すことができる。
【００８７】
また、図１６に示す光学装置３Ｇは、光源２０と、テーパロッド２２と、光学素子２Ａと、を含んでいる。
【００８８】
テーパロッド２２は、テーパ状に形成された導光体であり、面積の小さく指向性の低い光から、より面積の大きく指向性の高い照明光を得ることができる。
【００８９】
光学素子２Ａは、テーパロッド２２と密着させて使用する場合、放熱効果と偏光変換効率を高めるために、出射側に結晶基板１１があることが好ましい。例えば、テーパロッド２２と、反射型偏光子の偏光素子１０と、結晶基板１１とを、密着配置させて使用することができる。そして、テーパロッド２２側から光を入射させることで、指向性の高い特定の偏光を効率的に光学素子２Ａに入射させることができる。
【００９０】
なお、テーパロッド２２は、テーパ形状を有していなくても良い。また、光源２０とテーパロッド２２の間、もしくはテーパロッド２２と光学素子２Ａの間に、第２の光学素子２１を配置しても良い。さらに、結晶基板１１の偏光素子１０と反対側に光学補償媒体１２を配置しても良い。即ち、結晶基板１１は偏光素子１０と光学補償媒体１２とで挟まれるように配置しても良い。
【００９１】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。図１７は、本実施形態の映像表示装置４Ａの構成を示す斜視図である。この映像表示装置４Ａは、上述した光学素子や光学装置を用いて構成されている。なお、図１７では、映像表示装置４Ａとして液晶表示装置を用いた場合を示している。
【００９２】
即ち、映像表示装置４Ａは、光源２０と、液晶パネル３２Ａと、で構成される。液晶パネル３２Ａは、入射側に配置された光学素子２Ａと、出射側に配置した光学素子２Ａと、これらの光学素子２Ａの間に配置された液晶セル３３とで構成される。なお、光学素子２Ａにおける偏光素子１０は、偏光子とする。光源２０と液晶パネル３２Ａとの間に、拡散素子やレンズといった別の光学素子を配置してもよい。
【００９３】
このような構成で、入射側の光学素子２Ａは、入射した光を偏光子透過軸方向の成分のみの直線偏光として出射する。入射側の光学素子２Ａから出射された偏光は、液晶セル３３において映像信号に応じて位相が変調されることにより、偏光状態が変化する。
【００９４】
そして、液晶セル３３からの偏光は出射側の光学素子２Ａに入射する。入射した偏光のうち、偏光子透過軸方向成分のみが出射側の光学素子２Ａから出射される。これにより、映像信号に応じた映像が表示できる。
【００９５】
なお、本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、図１８や図１９に示す構成が可能である。図１８に示す映像表示装置４Ｂは、光源２０と、液晶パネル３２Ｂと、で構成される。液晶パネル３２Ｂは、入射側に配置した偏光素子１０と、出射側に配置した光学素子２Ａと、液晶セル３３と、で構成される。光学素子２Ａにおける偏光素子１０は、偏光子とする。
【００９６】
また、図１９に示す映像表示装置４Ｃは、光源２０と、液晶パネル３２Ｃと、で構成される。液晶パネル３２Ｃは、入射側に配置した光学素子２Ａと、出射側に配置した偏光素子１０と、液晶セル３３と、で構成される。光学素子２Ａにおける偏光素子１０は、偏光子とする。
【００９７】
このような構成の映像表示装置４Ｂ，４Ｃでは、放熱効果の高い光学素子を用いているので、コントラスト低下や輝度低下、色ずれを抑制することができる。
【００９８】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態を説明する。なお、上述した実施形態と同一構成に関しては、同一符号を用いて説明を適宜省略する。図２０は、本実施形態の映像表示装置５Ａの構成を示す斜視図である。なお、図２０に示す映像表示装置５Ａは、光をスクリーンに投射してスクリーン上に映像を形成するプロジェクタを示している。
【００９９】
この映像表示装置５Ａは、光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂと、照明光学系４１Ｒ、４１Ｇ及び４１Ｂと、光学素子２Ａと、液晶セル３３Ｒ、３３Ｇ及び３３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム４３と、投射光学系４４とを備える。なお、光学素子２Ａは、光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂ側に、液晶セル３３Ｒ、３３Ｇ及び３３Ｂを挟むように２つ設けられている。この光学素子２Ａは、先に説明した光学素子２Ｂでもよい。また、光学装置３Ａ〜３Ｄのいずれでも良い。以下、光学素子２Ａとし、その偏光素子１０は、偏光子とする。
【０１００】
光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂは、それぞれ波長が異なる光を発生する。例えば、光源２０Ｒから赤色（Ｒ）光が出射され、光源２０Ｇから緑色（Ｇ）光が出射され、光源２０Ｂから青色（Ｂ）光が出射されるものとする。
【０１０１】
照明光学系４１Ｒ、４１Ｇ及び４１Ｂは、それぞれ光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂから出射された各色の光を、入射側の光学素子２Ａに導いて入射させる。
【０１０２】
入射側の光学素子２Ａを透過した各色の直線偏光は、液晶セル３３Ｒ、３３Ｇ及び３３Ｂのそれぞれに入射する。そして、液晶セル３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは、入射した各色光を映像信号に応じて変調して出射する。
【０１０３】
液晶セル３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂを透過した偏光は、出射側の光学素子２Ａで変調された光のうち特定の偏光方向の光のみ透過する。
【０１０４】
光学素子２Ａから出射された各変調光は、クロスダイクロイックプリズム４３で合成されて、投射光学系４４に入射する。
【０１０５】
投射光学系４４は、クロスダイクロイックプリズム４３から出射された合成光をスクリーンＳに投射して、スクリーンＳ上に映像信号に応じた映像を表示する。
【０１０６】
なお、本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、図２１に示す構成でも良い。図２１に示す映像表示装置５Ｂは、光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂと、照明光学系４２と、液晶パネル３５と、光学素子２Ａと、投射光学系４４とを有する。この場合の光学素子２Ａは、液晶パネル３５を挟んで入射側と出射側とで２つ設けられている。
【０１０７】
このような構成で、照明光学系４２は、光源２０Ｒ、２０Ｇ及び２０Ｂから発生した各色光を合成して、入射側の光学素子２Ａに出射する。入射側の光学素子２Ａを透過した直線偏光は、液晶セル３３に入射する。
【０１０８】
そして、液晶セル３３は、入射された合成光を映像信号に応じて変調して出射する。液晶セルを透過した光は、光学素子２Ａで変調された光のうち特定の偏光方向の光のみ透過する。
【０１０９】
投射光学系４４は、光学素子２Ａから出射された変調光をスクリーンＳに投射して、スクリーンＳ上に映像信号に応じた映像を表示する。
【０１１０】
以上説明した構成により、光学素子の放熱効果を向上させた上で、映像表示装置のコントラスト低下や、輝度低下、色ずれを抑えることができる。
【０１１１】
なお、光学素子は、液晶セルの入射前後以外の位置に適宜配置して良い。例えば、光源と照明光学系の間、あるいは照明光学系内、光源と照明光学系の間、あるいは投射光学系内でも良い。
【０１１２】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態における数値、材質等は例示的なものであり、適宜変更して実施することが可能である。
【０１１３】
上記実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
＜付記１＞
偏光素子と、
前記偏光素子に密着して配置され、かつ、光学軸が厚み方向から３０°以内の一軸性結晶基板である結晶基板と、を備え、前記結晶基板は、特定の入射角度範囲内で、当該結晶基板に入射した光の偏光状態と、当該結晶基板を出射する際の偏光状態とが所定範囲内で一致する厚みに設定されていることを特徴とする光学素子。
＜付記２＞
前記結晶基板は、光学軸が当該結晶基板の厚み方向から５°以内の一軸性結晶基板であることを特徴とする付記１に記載の光学素子。
＜付記３＞
前記結晶基板が、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きな値の熱伝導率を有することを特徴とする付記１又は２に記載の光学素子。
＜付記４＞
前記結晶基板が、サファイアであることを特徴とする付記１乃至３に記載の光学素子。
＜付記５＞
前記結晶基板が、水晶であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記６＞
前記偏光素子の、前記結晶基板の反対側の面に密着して、当該偏光素子を前記結晶基板とで挟むように設けられた第２の結晶基板を備えることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記７＞
前記第２の結晶基板の光学軸が、前記偏光素子の軸とほぼ平行又はほぼ直交、又は厚み方向にほぼ等しいことを特徴とする付記６に記載の光学素子。
＜付記８＞
前記結晶基板の、前記偏光素子の反対側に配置されて、当該結晶基板を前記偏光素子とで挟む位置に設けられた光学補償媒体を備え、
前記光学補償媒体の光学軸が、当該光学補償媒体の厚み方向から３０°以内の異方性媒体であることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記９＞
前記光学補償媒体の光学軸が、当該光学補償媒体の厚み方向から５°以内の異方性媒体であることを特徴とする付記８に記載の光学素子。
＜付記１０＞
前記結晶基板の屈折率異方性の正負符号と、光学補償媒体の屈折率異方性の正負符号とが、逆であることを特徴とする付記８又は９に記載の光学素子
＜付記１１＞
前記結晶基板の屈折率異方性が正で、前記光学補償媒体の屈折率異方性が負であることを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記１２＞
前記結晶基板の屈折率異方性が負で、前記光学補償媒体の屈折率異方性が正であることを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記１３＞
前記結晶基板の長軸方向の屈折率がｎｓ／／、短軸方向の屈折率がｎｓ⊥、厚みがｄｓであり、前記光学補償媒体の長軸方向の屈折率がｎｃ／／、短軸方向の屈折率がｎｃ⊥のとき、前記光学補償媒体の厚みｄｃは、入射時の、前記結晶基板の位相差と前記光学補償媒体の位相差の和が０になる
2014027459.tif 000005
で得られる値の±３０％の範囲に設定したことを特徴とする付記８乃至１２のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記１４＞
前記偏光素子が、偏光子であることを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記１５＞
前記偏光素子が、波長板であることを特徴とする付記１乃至１３のいずれか１項に記載の光学素子。
＜付記１６＞
付記１乃至１５のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子に風を送風する冷却ファン、前記結晶基板に密着して設けられたヒートシンク、前記光学素子に向けて光を発光する光源、の少なくとも１つを備えることを特徴とする光学装置。
＜付記１７＞
前記光源と前記光学素子との間に、該光学素子と別の光学素子を第２の光学素子として設けたことを特徴とする付記１６に記載の光学装置。
＜付記１８＞
前記第２の光学素子が、特定の入射角範囲に入射した光のみを透過させ、それ以外の光を反射させる角度制御フィルタ、偏光状態を維持したまま光を拡散させる拡散素子、あるいは、これらを組み合わせた構成、であることを特徴とする付記１７に記載の光学装置。
＜付記１９＞
付記１乃至１５のいずれか１項に記載の光学素子と、
光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、を備えることを特徴とする映像表示装置。
＜付記２０＞
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の光学装置と、
光を映像信号に応じて変調して出射する変調素子と、を備えることを特徴とする映像表示装置。
＜付記２１＞
付記１乃至１５のいずれか１項に記載の光学素子と、
光源からの出射光が入射し、変調素子に入射させる照明光学系と、
光を映像信号に応じて変調させる変調素子と、
前記変調素子からの光をスクリーンに投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とする映像表示装置。
＜付記２２＞
付記１６乃至１８のいずれか１項に記載の光学装置と、
光源からの出射光が入射し、変調素子に入射させる照明光学系と、
光を映像信号に応じて変調させる変調素子と、
前記変調素子からの光をスクリーンに投射する投射光学系と、
を備えることを特徴とする映像表示装置。
＜付記２３＞
前記変調素子は、液晶セルであることを特徴とする付記１９乃至２２のいずれか１項に記載の映像表示装置。
この出願は、２０１２年８月１４日に出願された日本出願特願２０１２−１７９８２９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１１４】
２Ａ〜２Ｂ    光学素子
３Ａ〜３Ｇ    光学装置
４Ａ〜４Ｃ    映像表示装置
５Ａ、５Ｂ    映像表示装置
１０    偏光素子
１１    結晶基板
１２    光学補償媒体
１３    冷却ファン
１４    ヒートシンク
２０、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ    光源
２１    光学素子
２２    テーパロッド
３２Ａ〜３２Ｃ    液晶パネル
３５    液晶パネル
３３、３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ    液晶セル
４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ、４２    照明光学系
４３    クロスダイクロイックプリズム
４４    投射光学系
【図１】
2014027459.tif 000006
【図２】
2014027459.tif 000007
【図３】
2014027459.tif 000008
【図４】
2014027459.tif 000009
【図５】
2014027459.tif 000010
【図６】
2014027459.tif 000011
【図７】
2014027459.tif 000012
【図８】
2014027459.tif 000013
【図９】
2014027459.tif 000014
【図１０】
2014027459.tif 000015
【図１１】
2014027459.tif 000016
【図１２】
2014027459.tif 000017
【図１３】
2014027459.tif 000018
【図１４】
2014027459.tif 000019
【図１５】
2014027459.tif 000020
【図１６】
2014027459.tif 000021
【図１７】
2014027459.tif 000022
【図１８】
2014027459.tif 000023
【図１９】
2014027459.tif 000024
【図２０】
2014027459.tif 000025
【図２１】
2014027459.tif 000026
【国際調査報告】
2014027459.tif 000027
2014027459.tif 000028
2014027459.tif 000029
2014027459.tif 000030