(57)【要約】【課題】光学素子の熱による変形や変位によって投射画像が劣化する。【解決手段】光の色分離および色合成のうち少なくとも一方を行う第１の光学素子１４と、第１の光学素子に取り付けられた保持部材２２と、保持部材により保持され、第１の光学素子に入射する光又は第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす第２の光学素子１５とを有する。第１の光学素子、第２の光学素子および保持部材を形成する材料の線膨張係数をそれぞれ、α１，α２およびα３としたとき、α１＜α３≦α２なる条件を満たす。【選択図】  図１
2004271640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射型画像表示装置に用いられる光学ユニットであって、
光の色分離および色合成のうち少なくとも一方を行う第１の光学素子と、
前記第１の光学素子に取り付けられた保持部材と、
前記保持部材により保持され、前記第１の光学素子に入射する光又は前記第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす第２の光学素子とを有し、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子および前記保持部材を形成する材料の線膨張係数をそれぞれ、α１，α２およびα３としたとき、
α１＜α３≦α２
なる条件を満たすことを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタの光学ユニットにおいて、光の色分離や色合成を行うプリズム型素子と波長選択性偏光回転素子とを用いた例として、特許文献１にて提案されているものがある。該特許文献１では、波長選択性偏光回転素子の保持方法として、プリズム型素子に直接、面で接着する方法を提案している。
【０００３】
また、同特許文献１には、波長選択性偏光回転素子をプリズム型素子から離した光学配置も提案されている。
【０００４】
さらに、偏光板の保持冷却方法として、特許文献２には、液晶パネルと色合成素子であるプリズム型素子との間に偏光板を設け、該偏光板の両面に空間を設けて冷却する技術も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５４２６８号公報
【特許文献２】
特開２００２−２１７５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１において、波長選択性偏光回転素子を直接プリズム型素子に面接着すると以下のような問題が生じる。
【０００７】
すなわち、プリズム型素子の材料はガラスであり、その線膨張係数は約０．４×１０−５である。一方、波長選択性偏光回転素子はポリカーボネートを多層にして製作されたもので、その線膨張係数は約３〜６×１０−５と約１０倍となる。そして、これらの線膨張係数が大きく異なる材料を面接着にて固定すると、投射型画像表示装置の駆動により温度が上昇した際に、両素子の接着面に内部応力が発生して、両素子に光弾性（複屈折）を引き起し、投射画像のコントラストの低下を招く。
【０００８】
温度上昇の原因としては、投射型画像表示装置の通常駆動で光源からの光を偏光板が吸収することによるものがあるが、その他の原因としては、プリズム型素子である偏光ビームスプリッタの誘電体膜面（偏光分離面）での光エネルギー吸収やプリズム型素子自体の光エネルギー吸収がある。また、プリズム型素子に固定されている液晶パネルも主な光エネルギー吸収源であり、液晶パネルからの熱が輻射によりプリズム型素子を加熱したり、液晶パネルをプリズム型素子に固定するための間接部材を介して熱が伝わってプリズム型素子を加熱したりする。
【０００９】
さらに、比較的少ないが、波長選択性偏光回転素子自体も透過率が１００％ではないので、光エネルギー吸収がある。
【００１０】
これらの光エネルギー吸収と装置内部の温度上昇とにより、プリズム型素子と波長選択性偏光回転素子とが加熱され、両素子に光弾性が発生すると、偏光特性が乱れ、本来投射レンズに入るべきでない光を通過させてしまうので、コントラストを低下させてしまう。
【００１１】
また上記問題を回避するために、波長選択性偏光回転素子をプリズム型素子から離して単純に別部材に保持させると、光軸が変動して、いわゆるレジずれ（レジストレーションずれ：画素単位での表示ずれ）が発生してしまう可能性がある。
【００１２】
例えば、特許文献２の光学配置図を元に保持方法を考えると、プリズム同士を強固に固定してユニットとし、その他の偏光板や波長選択性偏光回転素子をプリズムユニットを保持する部材に別途保持させると、プリズムユニットに対して保持する部材が変形や回転した場合、プリズム型素子以外の光学素子が傾いて、レジずれを引起こしてしまう。
【００１３】
偏光板は、比較的光弾性の影響が少ない、３色の光を合成するプリズム型素子（プリズム型素子内で発生した光弾性により偏光がずれた光は偏光板によって吸収されるため、画像の表示ずれに対しては影響が少ない）に直接貼ることで傾きを防止できるが、波長選択性偏光回転素子は前述した理由でプリズム型素子に直接貼ることが好ましくない。
【００１４】
波長選択性偏光回転素子をプリズム型素子を保持する部材に保持させる場合は、波長選択性偏光回転素子に歪を発生させないようにしなければ、透過波面を乱して画像を劣化させてしまうので、強固に固定できないという問題もある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、光の色分離および色合成のうち少なくとも一方を行う第１の光学素子と、第１の光学素子に取り付けられた保持部材と、該保持部材により保持され、第１の光学素子に入射する光又は第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす第２の光学素子とを有する、投射型画像表示装置の光学ユニットを構成する。この場合に、第１の光学素子、第２の光学素子および保持部材を形成する材料の線膨張係数をそれぞれ、α１，α２およびα３としたとき、
α１＜α３≦α２
なる条件を満たすようにしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学ユニットの構成を示している。
【００１７】
１は連続スペクトルで白色光を発光する光源で、主に超高圧水銀ランプなどが用いられる。
【００１８】
２は矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズで、３は第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズを有する第２のフライアイレンズである。
【００１９】
４は無偏光光を所定の偏光方向を有する光に揃える偏光変換素子で、５は光路を曲げる全反射ミラーである。６はフィールドレンズである。
【００２０】
７はＲ（赤），Ｂ（青）光を反射し、Ｇ（緑）光を透過するダイクロイックミラーである。８は偏光変換素子４でＳ偏光に変換されず、かつダイクロイックミラー７を通過する際に偏光が乱されたＰ偏光光を吸収するためのＧ用偏光板である。
【００２１】
９はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するＧ用偏光ビームスプリッタである。１０はＲ，Ｇ，Ｂ光を合成するための合成用偏光ビームスプリッタである。合成用偏光ビームスプリッタ１０は、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに代用可能なものである。
【００２２】
１１は合成用偏光ビームスプリッタ１０により合成された光を、不図示のスクリーン等の被投射面に拡大投射するための投射レンズである。
【００２３】
１２はＧ用偏光板８と偏光軸方向が同じＲＢ用偏光板である。ＲＢ用偏光板１２も偏光変換素子４でＳ偏光に変換されず、かつダイクロイックミラー７を反射する際に偏光が乱されたＰ偏光を吸収するためのものである。
【００２４】
１３は波長選択性偏光回転素子Ｂであり、ＲＢ用偏光板１２を通過してきたＲＢ光のうちＢ光の偏光方向のみを９０°回転させるためのものである。
【００２５】
１４はＲＢ用偏光ビームスプリッタで、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３を通過してきたＳ偏光のままのＲ光を反射し、Ｐ偏光に変換されたＢ光を通過させることにより色分離を行う。
【００２６】
１５は波長選択性偏光回転素子Ｒで、ＲＢ用偏光ビームスプリッタＲ１４から射出したＲＢ光のうちＲ光の偏光方向のみを９０°回転させるためのものであり、Ｒ光とＢ光の偏光方向はここで揃えられる。
【００２７】
１６は波長選択性偏光回転素子Ｒ１５にて偏光方向を揃えられたＲＢのＳ偏光光以外の偏光光を吸収する出側偏光板である。出側偏光板１６は、合成用偏光ビームスプリッタ１０に貼り付けられている。これは吸収した光が熱となり、出側偏光板１６が破損しないように、熱容量の大きな合成用偏光ビームスプリッタ１０に放熱するためと、厚さ１．１ｍｍ程度の基板ガラスに貼り付けて単独で保持することにより発生するであろうレジずれを防止するためである。
【００２８】
しかし、製造上やその他理由から、出側偏光板１６を偏光ビームスプリッタ１０に貼れない場合は、レジずれに考慮しつつ単独で保持してもよい。また、例えば、後述する、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を間接保持部材（保持枠２２）を介してＲＢ用偏光ビームスプリッタＲ１４に保持させるのと同様の方法を用いてもよい。
【００２９】
１７はＧ用偏光ビームスプリタ９と合成用偏光ビームスプリッタ１０とを強固に接続するためのガラス板Ｇである。１８はＧ用偏光ビームスプリタ１４と合成用偏光ビームスプリッタ１０とを強固に接続するためのガラス板ＲＢである。ガラス板１７，１８は、通常稼動時の温度上昇で、３個の偏光ビームスプリッタ９，１０，１４の相対位置がずれないよう互いに強固に固定しておくためのものである。
【００３０】
２０は反射型液晶表示素子であり、本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用にそれぞれ１個ずつの反射型液晶表示素子（以下、液晶パネルという）２０Ｇ，２０Ｒ，２０Ｂが設けられている。
【００３１】
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂは液晶パネル保持板であり、液晶パネル２０Ｇ，２０Ｒ，２０Ｂを保持するための部材である。液晶パネル保持板２１Ｇは、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９に接着固定され、液晶パネル保持板２１Ｒ，２１ＢはＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に接着固定されている。
【００３２】
２２は波長選択性偏光回転素子Ｒ１５をＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持するための保持枠である。２３は主に合成用偏光ビームスプリッタ１０を保持するためのベースである。
【００３３】
ダイクロイックミラー７は、ベース２３に一体的に設けられた柱部２３ａ，２３ｂに形成された溝内に落とし込まれ、スポンジを挟むことによりガタなく保持されている。また、Ｇ用偏光板８は、柱部２３ｂとベース２３に一体的に設けられた壁部２３ｃに形成された溝内に落とし込まれ、所定量のガタつきを持たせて保持されている。
【００３４】
さらに、ＲＢ用偏光板１２と波長選択性偏光回転素子Ｂ１３は、柱部２３ｂとベース２３に一体的に設けられた柱部２３ｄにそれぞれ形成された溝内に落とし込まれ、所定量のガタつきを持たせて保持されている。
【００３５】
Ｇ用偏光ビームスプリッタ９とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４は、ベース２３により直接保持されておらず、振動落下等の衝撃対策として柔らかい接着剤でベース２３との隙間を埋めることにより、間接的に保持されている。
【００３６】
２４は光源１の冷却用のファンであり、光源ランプのバルブ温度を適温とするためと、プロジェクタの筐体内に高温の空気が留まらないようにするための排気用でもある。
【００３７】
以上が光学ユニットの構成である。ここで、色分離・色合成や画像表示についてさらに詳しく説明する。
【００３８】
照明系のうちコンデンサーレンズ６までで液晶パネル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの画像有効範囲を均一な照度とするよう光学的に操作され、かつＳ偏光に揃えられた光源１からの白色光は、まず、ダイクロイックミラー７にてＧ光とＲＢの合成光とに分離される。
【００３９】
ダイクロイックミラー７を透過し、Ｇ用偏光板８で検光されたＳ偏光であるＧ光は、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面にて反射し、液晶パネル２０Ｇに入射する。液晶パネル２０Ｇに入射したＳ偏光は、黒表示の場合にはＳ偏光のままで反射され、辿ってきた経路を戻って光源１に向かう。白表示の場合は、液晶パネル２０ＧにてＰ偏光に変換され、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面を透過し、さらに合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面も透過して投射レンズ１１に向かう。
【００４０】
一方、ダイクロイックミラー７にて反射されたＲＢ光は、ＲＢ用偏光板１２で検光され、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３にてＢ光のみがＳ偏光からＰ偏光に変換される。波長選択性偏光回転素子Ｂ１３を通過したＲＢ光のうちＳ偏光であるＲ光は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射して液晶パネル２０Ｒに入射し、Ｐ偏光であるＢ光はＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過して液晶パネル２０Ｂに入射する。このように、ＲＢ光はＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４にて色分離されて、それぞれ液晶パネル２０Ｒ，２０Ｂに入射する。
【００４１】
Ｒ光とＢ光は、黒表示の場合はＧ光と同様に、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｂで偏光方向が変換されずに反射して、辿ってきた経路を戻り、光源１に向かう。白表示の場合のＲ光は、液晶パネル２０ＲにてＳ偏光からＰ偏光に変換され、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を通過することでＳ偏光に変換され、出側偏光板１６で検光され、合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面で反射して、投射レンズ１１に向かう。
【００４２】
また、白表示の場合のＢ光は、液晶パネル２０ＢにてＰ偏光からＳ偏光に変換され、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を偏光変換されずに通過して、出側偏光板１６で検光され、合成用偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面にて反射し、投射レンズ１１に向かう。
【００４３】
このように、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４にてＲＢ光が色合成され、合成用偏光ビームスプリッタ１０にてＲＧＢ光が色合成されて白色光を形成する。
【００４４】
なお、ここでは、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂの全有効画素を同時に切り換えた場合について説明したが、画素毎に偏光を制御することで画像情報を再生することができる。そして、ＲＧＢの各色ごとに画像情報を再生制御することで、色合成されたカラー投射画像が得られる。
【００４５】
次に、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３と波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の保持方法について説明する。従来は、波長選択性偏光回転素子Ｂ，Ｒはそれぞれ、両面に基板ガラスを貼り付け、さらにＲＢ用偏光ビームスプリッタに直接貼り付けられているものが一般的である。これにより、波長選択性偏光回転素子Ｂ，Ｒは光エネルギー吸収等により加熱され、膨張したときに基板ガラスとの線膨張係数の違いにより内部応力が発生して光弾性が発生していた。これは、波長選択性偏光回転素子の主材料はポリカーボネートで、その線膨張係数が３〜６×１０−５程度であり、一方、基板ガラスの線膨張係数は約０．４×１０−５程度で、約１０倍程度の差があるためである。
【００４６】
光弾性が発生すると偏光が乱され、最終的に投射画像のコントラストが低下してしまう。光弾性による影響が顕著なのは波長選択性偏光回転素子Ｂである。このため、本実施形態では、前述したように波長選択性偏光回転素子Ｂ１３を単体でベース２３にガタつきを持たせて保持させている。これにより、波長選択性偏光回転素子Ｂ１３が自由かつ均一に膨張できるので、内部応力が発生せず、光弾性の発生が抑制される。
【００４７】
また、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５も同様に、単体でベース２３にガタつきを持たせて保持すれば、光弾性の発生を抑制することはできる。しかし、後述する理由からレジずれが発生するという別の問題があるので、本実施形態では、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を、保持枠２２を介してＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に一体的に保持させている。
【００４８】
ここで、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の単体でのベース２３による保持によりレジずれが発生する理由について図８を用いて説明する。図９は、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を、ベース２３に一体的に形成された柱部２３ｇの溝内に、ガタつきを持たせて保持した例を示している。なお、図９には、ここでの説明で必要な光学素子のみを示している。
【００４９】
波長選択性偏光回転素子Ｒ１５は、液晶パネル２０Ｒ，２０Ｂと、投射レンズ１１との間にあり、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が傾くと波長選択性偏光回転素子Ｒ１５以降、投射レンズ１１に至るまでの光軸が変位する。図中には、本来の光軸を一点鎖線で示し、変位した光軸を二点鎖線で示している。
【００５０】
この図から分かるように、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が傾くと、Ｇ光の光軸は変位しないのに、ＲＢ光の光軸のみが変位する。この結果、レジずれが発生する。
【００５１】
また、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５と柱部２３ｇとのガタつき分の隙間にスポンジなどの緩衝部材をつめて、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の傾きを防止する方法もあるが、ベース２３がきわめて強固であり、かつ熱による変形がほとんど発生しないことが前提となる。これは、光学ユニットをプロジェクタ筐体に組み込む際には、ベース２３をプロジェクタ筐体にビス留めすることが一般的であるが、このときベース２３が変形してしまうと、光学ユニットに対して液晶パネルを調整固着したときと、ベース２３をプロジェクタ筐体にビス止めしたときとで光学素子間の位置関係に差が生じて、レジずれが発生するからである。
【００５２】
しかも、プロジェクタ内部の温度は稼動時に４０℃から６０℃位まで上昇し、少なからずベース２３が変形する可能性があるからである。ベース２３は図８では単純な一枚の四角板形状であるが、実際は光学部品を保持したり冷却用の穴などが形成されたりして、かなり複雑な形状となる。このため、ベース２３は均一に熱膨張せず、これにより波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が傾いてしまい、レジずれが発生する。
【００５３】
このような理由から、本実施形態では、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持枠２２を介してＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持させるようにしている。図２はその保持構造を詳しく説明する平面図、図３は、保持枠２２の斜視図である。
【００５４】
図２（Ａ）および図３に示すように、保持枠２２は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４のＲＢ光の出射面１４ａ上の周辺部分に当接するビームスプリッタ側基準面２２ａと、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４における照明系からのＲＢ光の入射面１４ｂ上の周辺部分および液晶パネル２０Ｂに対向するＢ光の入出射面１４ｃの周辺部分に対して隙間Ｈ（図２（Ａ）参照）を空けて配置される接着面２２ｂと、ビームスプリッタ側基準面２２ａの反対側に該基準面２２ａに対して平行に形成され、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が当接する偏光回転素子側基準面２２ｃとを有する。
【００５５】
図２（Ａ）に示すように、接着面２２ｂとＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の入射面１４ｂおよび入出射面１４ｃとの間には接着剤３１が塗布される。
【００５６】
保持枠２２の材料は、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の主材料と同じ（線膨張係数も同じ）であるポリカーボネートか、ポリカーボネートに線膨張係数が近い（少なくともＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の材料であるガラスの線膨張係数に比べてポリカーボネートの線膨張係数に近い）材料とする。
【００５７】
これにより、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の温度上昇による膨張が起きたときに、保持枠２２にも同等の膨張が生じ、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の応力を開放することができる。
【００５８】
ここで、本実施形態では、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４（第１の光学素子）、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５（第２の光学素子）および保持枠２２を形成する材料の線膨張係数をそれぞれ、α１，α２およびα３としたとき、
α１＜α３≦α２
なる条件を満足するものとしている。
【００５９】
そして、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持枠２２に保持させるときには、図４（Ａ）に示すように、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を偏光回転素子側基準面２２ｃに当接させた状態で、接着剤３０を用いて波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持枠２２に接着する。これにより、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に対して光軸（ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４から射出するＲＢ光の光軸）の方向への移動や該光軸に対する傾きが阻止された状態で保持枠２２（つまりはＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４）に保持される。
【００６０】
ここで、接着剤３０は、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の材料硬度よりも硬化後の硬度が小さい（柔らかい）ものを用いる。具体的には、本実施形態では、シリコン系の柔らかい接着剤が望ましい。波長選択性偏光回転素子Ｒ１５自体は厚さが０．７ｍｍ程度のポリカーボネート板であり、変形しやすいので、できるだけ歪みを発生させないように保持する必要があるからである。
【００６１】
仮に、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の材料硬度よりも硬い接着剤を使用した場合は、接着剤の膨張により波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を歪ませ、透過波面が乱れ、投射画像が劣化してしまう。また、光弾性の発生原因にもなる。
【００６２】
波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の線膨張係数と、保持枠２２の線膨張係数は同じか近いので、本来強固に固定しても歪みは発生しないはずであるが、熱吸収状態が異なり、膨張量が異なる場合は、接着剤３０の変形によって膨張量の差を吸収させる。
【００６３】
また、図４（Ａ）に示すように、接着剤３０の塗布位置を正面から見て２箇所とし、かつ接着剤３０の塗布位置２箇所を結ぶ線に対して、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に接着剤３０を塗布する辺１５ｃが直交しなければ、図４（Ｂ）に示すように、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を光軸（ＲＢ光の出射光軸）と直交する面内で回転させて応力を逃がすことができる。
【００６４】
応力を逃がすために光軸と直交する面内で回転させるのは、波長選択性偏光回転素子１５は光軸に対してわずかな傾きや回転等の変動が発生しても、偏光回転性能には影響しないという特性を持ち、また光軸に対して傾きさえ発生しなければレジずれが発生しない特性を有するためである。
【００６５】
応力が発生するのは、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５と保持枠２２とに線膨張係数の差がある場合にはその差と、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５と保持枠２２の加熱状態の差により発生する膨張量の差と、接着剤３０の膨張とに原因がある。接着剤３０の膨張による応力発生原因は、接着剤３０として柔らかいシリコンゴム系の接着剤を選定すると、その線膨張係数が比較的大きく、３０×１０−５程度であり、塗布面積の割には膨張量が大きくなることによるものである。
【００６６】
プロジェクタ内部の温度上昇等により保持枠２２と偏光ビームスプリッタ１４とがそれぞれ膨張した場合、それらの線膨張係数の差により、図２（Ｂ）に示すように、接着剤３１を塗布した隙間Ｈが拡大してＨ’となる。このため、接着剤３１は、保持枠２２の材料硬度よりも硬化後の硬度が小さい（柔らかい）もの、具体的には、シリコン系の柔らかい接着剤を用いる。これにより、膨張量の差によって隙間Ｈが拡大してＨ’となっても、接着剤３１の伸びによって該膨張量の差を吸収し、保持枠２２のＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に対する接着状態を維持することができる。
【００６７】
そして、以上のような保持構造を採ることにより、保持枠２２が変形しても、その歪みを波長選択性偏光回転素子Ｒ１５やＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４にも伝えないようにすることができる。
【００６８】
ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４も光弾性を引起す要因が十分にあり、設計段階で光弾性係数が低いガラスを選定しているほどである。
【００６９】
また、本実施形態では図示していないが、偏光ビームスプリッタと液晶パネルとの間には、λ／４板を設けて偏光を整えるのが一般的である。偏光板と同様に、λ／４板はフィルム状の光学素子であるので、ガラス等の透明部材に貼り付けて使用される。
【００７０】
取り付け方法としては、λ／４板のフィルムを隣接する偏光ビームスプリッタに位相方向を調整して直接貼り付ける方法と、１．１ｍｍ程度の汎用板ガラスに貼り付けてプラスチックや金属の間接保持部材を介して固定する方法がある。
【００７１】
偏光ビームスプリッタに直接貼る場合は問題無いが、板ガラスに貼って間接保持部材を介して保持する場合は、図８に示すような光軸の変位に注意し、かつ最適位相位置からずれないように回転も発生しないように保持する必要がある。
【００７２】
本実施形態では、波長選択性偏光回転素子の保持方法に主眼をおいているので、λ／４板の保持方法についての詳しい説明は省略するが、λ／４板を貼り付ける板ガラスにも光弾性は発生するので、光弾性係数の低い材質の選択と、板ガラスに歪みを与えないような保持方法を採用することが望ましい。
【００７３】
図５には、本実施形態の光学ユニットの横断面を示している。図５に示すように、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４と、保持枠２２を介してＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持された波長選択性偏光回転素子Ｒ１５との間には、隙間Ｓが形成されている。また、図３にも示すように、保持枠２２の上下には、上記隙間（冷却風路）Ｓを上下方向に開放するための切り欠き部２２ｄが形成されている。
【００７４】
図中に矢印で示すように、高圧冷却ファン２５からダクト２６により導かれ、ベース２３に形成された開口部２３ｈを通ってきた冷却風の一部は、保持枠２２の下側の切り欠き部２２ｄを通って隙間Ｓに流れ込み、保持枠２２の上側の切り欠き部２２ｄから上方に抜ける。また、ベース２３の開口部２３ｈを通った残りの冷却風は、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５と出側偏光板１６との間の空間を流れて上方に抜ける。
【００７５】
こうして、波長選択性偏光回転素子Ｒの両面に沿って冷却風が流れることにより、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が効率的に冷却され、極力常温付近の温度に維持される。
【００７６】
また、出側偏光板１６においてもかなりの光エネルギーの吸収があるので、これが過熱状態とならないように冷却風によって冷却される。
【００７７】
さらに、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４も液晶パネル２０Ｂ，２０Ｒからの輻射・対流・伝導やその他要因により加熱されるので、上記冷却風により冷却され、光弾性の発生が極力抑えられている。
【００７８】
（実施形態２）
図６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態２である液晶プロジェクタの光学ユニットに用いられるＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４と、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持枠２２’を介して保持される波長選択性偏光回転素子Ｒ１５とを示している。光学ユニットを構成する他の要素は実施形態１と同じである。但し、本実施形態における波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の保持構造が実施形態１とは異なる。
【００７９】
保持枠２２’は、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４のＲＢ光の出射面１４ａ上の周辺部分に当接するビームスプリッタ側基準面２２ａ’と、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４における照明系からのＲＢ光の入射面１４ｂ上の周辺部分および液晶パネル２０Ｂに対向するＢ光の入出射面１４ｃの周辺部分に対して隙間Ｈを空けて配置される接着面２２ｂ’と、ビームスプリッタ側基準面２２ａ’の反対側における３箇所（図６（Ｂ）参照）にて半球突起状に形成されて、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が当接する偏光回転素子側突起２２ｃ’とを有する。また、図示しないが、保持枠２２’の上下には、実施形態１の保持枠２２と同様の切り欠き部（２２ｄ）が形成されている。
【００８０】
保持枠２２’は、実施形態１と同様に、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の主材料と同じポリカーボネートか、これに近い線膨張係数を有する材料により製作するのが望ましい。
【００８１】
ビームスプリッタ側基準面２２ａ’がＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の出射面１４ａに当接した状態で、接着面２２ｂ’とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の入射面１４ｂおよび入出射面１４ｃとの間には、実施形態１にて説明したのと同じ接着剤３１が塗布され、保持枠２２’がＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に接着される。
【００８２】
さらに、保持枠２２’における偏光回転素子側突起２２ｃ’が設けられた位置に対応する３箇所には、板バネ２８が取り付けられている。この板バネ２８のうち偏光回転素子側突起２２ｃ’に対向する位置まで延びた部分には、半球状の突起２８ａが形成されている。
【００８３】
そして、板バネ２８のバネ力によって、該板バネ２８の突起２８ａと保持枠２２’の偏光回転素子側突起２２ｃ’との間に波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を挟み込むことにより、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の光軸（ＲＢ光の出射光軸）の方向への移動や該光軸に対する傾きが阻止され、かつ該光軸に直交する面内での移動（回転等）が許容された状態で保持枠２２’（つまりはＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４）に保持される。
【００８４】
波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を板バネ２８の突起２８ａと保持枠２２’の偏光回転素子側突起２２ｃ’の点で挟むことで、板状の波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に曲げ力が加わらないようにこれを保持することができる。また、保持位置を３点にすることで、板状の波長選択性偏光回転素子Ｒ１５をこじらず、安定した平面形状を維持したまま保持できるので、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５における応力の発生を抑制することができる。
【００８５】
なお、保持位置を４点とすると、必ず１点は他の３点を通る平面から外れるため、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に曲げ力が加わることになる。また、板バネ２８のバネ力を、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の荷重を支えることができる程度に設定することで、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５が保持枠２２’と異なる膨張量となっても、保持点が波長選択性偏光回転素子Ｒ１５上でずれるので、該膨張量差を吸収することができる。
【００８６】
また、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の板厚方向の膨張は、板ばね２８が撓むことにより吸収できる。
【００８７】
そして、本実施形態でも、実施形態１と同様に、保持枠２２’に保持された波長選択性偏光回転素子Ｒ１５とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４との間にできる隙間Ｓに冷却風を通し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５やＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の温度上昇による光弾性の発生を抑制する。
【００８８】
（実施形態３）
図７（Ａ），（Ｂ）には、本発明の実施形態３である液晶プロジェクタの光学ユニットに用いられるＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４と、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に保持枠２２を介して保持される波長選択性偏光回転素子Ｒ１５とを示している。光学ユニットを構成する他の要素は実施形態１と同じである。
【００８９】
本実施形態では、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５は、ポリカーボネートを主材料とする素子本体（ポリカーボネート層）１５ａと、この素子本体１５ａの両面又は片面に貼り合わされた２枚のガラス基板（ガラス層）１５ｂとから構成されている。
【００９０】
図７（Ａ）は２枚のガラス基板１５ｂが素子本体１５ａの両面に貼り合わされて波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を構成している場合を、図７（Ｂ）は１枚のガラス基板１５ｂが素子本体１５ａの片面（ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４側の面）に貼り合わされて波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を構成している場合をそれぞれ示している。
【００９１】
ガラス基板が必要になる理由は、液晶パネルの有効表示範囲のサイズが大きくなった場合、０．７ｍｍ程度のポリカーボネート材では剛性が足りず、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５自体が変形し易くなり、光学的な透過波面を劣化させる可能性があるからである。
【００９２】
このようにガラス基板１５ｂをポリカーボネート材の素子本体１５ａに貼り合わせた波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を用いる場合、保持枠２２は、強固なガラス基板１５ｂを保持することになるので、特に材料の制限はないが、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４からの熱を波長選択性偏光回転素子Ｒ１５にできるだけ伝えないようにするために、熱伝導率が低く、かつ線膨張係数がガラス基板１５ｂに近いものが好ましい。例えば、ポリカーボネートのガラス繊維入り材料や、熱硬化性樹脂のエポキシ系材料が適している。
【００９３】
そして、本実施形態でも、実施形態１（若しくは実施形態２）と同様に、保持枠２２は、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４に対し、そのＲＢ光の出射光軸の方向への移動を阻止し、かつ該出射光軸に直交する面内での移動を許容するように保持させる。
【００９４】
また、本実施形態でも、実施形態１と同様に、保持枠２２に保持された波長選択性偏光回転素子Ｒ１５とＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４との間にできる隙間Ｓに冷却風を通し、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５やＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４の温度上昇による光弾性の発生を抑制する。これにより、ガラス板１５ｂとＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４間の応力発生を抑制することができるとともに、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４から波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に伝達される熱は大幅に減少させることができる。
【００９５】
（実施形態４）
図８には、本発明の実施形態４である液晶プロジェクタの光学ユニットを示している。該光学ユニットの構成要素は実施形態１と同じである。
【００９６】
本実施形態では、波長選択性偏光回転素子１５Ｒを保持枠２２”を介して合成偏光ビームスプリッタ１６に保持させている点が実施形態１〜３と異なる。
【００９７】
ガラス板１８でＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４と合成用偏光ビームスプリッタ１０とが強固に連結され、またガラス板１７でＧ用偏光ビームスプリッタ９と合成用偏光ビームスプリッタ１０とが強固に連結されているので、プロジェクタの稼動時の温度上昇等の各種環境が変化したり、振動衝撃が加わったりしても偏光ビームスプリッタ９，１０，１４の相互間の位置関係が変動しないようになっている。
【００９８】
このため、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４や、Ｇ用偏光ビームスプリッタ９や、ガラス板１７，１８や、合成用偏光ビームスプリッタ１０に保持させることができる。
【００９９】
但し、現実的に精度良く波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持させるためには、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４以外では、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に隣接する合成用偏光ビームスプリッタ（第１の光学素子）１０に波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持させるのがよい。
【０１００】
このため、本実施形態では、合成用偏光ビームスプリッタ１０に保持枠２２”を介して波長選択性偏光回転素子Ｒ１５を保持させるようにしている。なお、これに伴い、ベース２３に形成した柱状部２３ｂの形状を実施形態１（図１参照）と異ならせている。
【０１０１】
なお、本実施形態においては、波長選択性偏光回転素子Ｒ１５の位置を、ＲＢ用偏光ビームスプリッタ１４寄りに設定している。これは、発熱源となる偏光板１６からできるだけ距離をおき、偏光板１６の熱が波長選択性偏光回転素子Ｒ１５に伝わり難くするためである。
【０１０２】
保持枠２２”の形状および材料（線膨張係数）は、実施形態１〜３にて説明したのと同様である。
【０１０３】
以上説明した各実施形態によれば、反射型液晶表示素子の優れた特性を生かしつつ、波長選択性偏光回転素子からの漏れ光や波長選択性偏光回転素子の傾きによるレジずれの発生を抑制することができ、高コントラストの投射画像を得ることができる。
【０１０４】
また、上記各実施形態によれば、光の利用効率を高めることができるとともに、偏光板などの光吸収性の光学素子の負担を減少させることもできる。したがって、発熱源である偏光板に対して要求される冷却能力の低減を図ることができ、冷却ファンの回転数を下げることによる低騒音化にも有効である。
【０１０５】
なお、上記各実施形態では、波長選択性偏光回転素子の保持方法について説明したが、偏光板や位相差板等、他の光学素子（偏光ビームスプリッタ等の第１の光学素子に入射する光又は第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす第１の光学素子）の保持についても適用することができる。
【０１０６】
さらに、以上説明した各実施形態は、以下に示す各発明を実施した場合の一例でもある。また、下記の各発明は上記各実施形態に様々な変更や改良が加えられて実施されるものでもある。
【０１０７】
〔発明１〕  投射型画像表示装置に用いられる光学ユニットであって、
光の色分離および色合成のうち少なくとも一方を行う、ガラス材により形成された第１光学素子と、
前記第１の光学素子に取り付けられた保持部材と、
前記保持部材により保持され、前記第１の光学素子に入射する光又は前記第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす、樹脂材により形成された第２の光学素子とを有し、
前記第１の光学素子、前記第２の光学素子および前記保持部材を形成する材料の線膨張係数をそれぞれ、α１，α２およびα３としたとき、
α１＜α３≦α２
なる条件を満たすことを特徴とする光学ユニット。
【０１０８】
〔発明２〕  前記保持部材を形成する材料の線膨張係数α３が、前記第１の光学素子を形成する材料の線膨張係数α１よりも前記第２の光学素子を形成する材料の線膨張係数α２に近いことを特徴とする発明１又は請求項１に記載の光学ユニット。
【０１０９】
〔発明３〕  投射型画像表示装置に用いられる光学ユニットであって、
光の色分離および色合成のうち少なくとも一方を行う第１光学素子と、
前記第１の光学素子に取り付けられた保持部材と、
前記保持部材により保持され、前記第１の光学素子に入射する光又は前記第１の光学素子から射出する光に対して光学作用を及ぼす第２の光学素子とを有し、前記保持部材は、前記第２の光学素子を、該第２の光学素子を通る前記第１の光学素子の光軸の方向への変位を阻止し、かつ該光軸に直交する方向への変位を許容するよう保持する保持構造を有することを特徴とする光学ユニット。
【０１１０】
〔発明４〕  前記第２の光学素子が前記保持部材に接着剤を用いて保持されており、
該接着剤の硬化後の硬度が前記第２の光学素子の材料の硬度よりも小さいことを特徴とする発明３に記載の光学ユニット。
【０１１１】
〔発明５〕  前記第１の光学素子がガラスにより形成され、前記第２の光学素子が樹脂により形成されていることを特徴とする発明３又は４に記載の光学ユニット。
【０１１２】
〔発明６〕  前記保持部材が前記第１の光学素子に接着剤により取り付けられており、
該接着剤の硬化後の硬度が前記保持部材の材料の硬度よりも小さいことを特徴とする発明３から５のいずれかに記載の光学ユニット。
【０１１３】
〔発明７〕  前記第１の光学素子と前記第２の光学素子との間に、冷却風を通すための隙間を形成したことを特徴とする発明１（請求項１）から６のいずれかに記載の光学ユニット。
【０１１４】
〔発明８〕  前記第２の光学素子が波長選択性偏光回転素子であることを特徴とする発明１（請求項１）から７のいずれかに記載の光学ユニット。
【０１１５】
〔発明９〕  発明１（請求項１）から８のいずれかに記載の光学ユニットを有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１である液晶プロジェクタの光学ユニットの構成を示す平面図。
【図２】上記光学ユニットにおける偏光ビームスプリッタによる保持枠を介した波長選択性偏光回転素子の保持方法を説明する平面図。
【図３】上記保持枠の斜視図。
【図４】上記光学ユニットにおける偏光ビームスプリッタへの保持枠を介した波長選択性偏光回転素子の保持方法を説明する正面図。
【図５】上記光学ユニットの冷却方法を説明する側面断面図。
【図６】本発明の実施形態２である液晶プロジェクタの光学ユニットにおける偏光ビームスプリッタによる保持枠を介した波長選択性偏光回転素子の保持方法を説明する平面図および正面図。
【図７】本発明の実施形態３である液晶プロジェクタの光学ユニットにおける偏光ビームスプリッタによる保持枠を介した波長選択性偏光回転素子の保持方法を説明する平面図。
【図８】本発明の実施形態４である液晶プロジェクタの光学ユニットの構成を示す平面図。
【図９】波長選択性偏光回転素子の変位によるレジずれの発生を説明する平面図。
【符号の説明】
１  光源
２  第１フライアイレンズ
３  第２フライアイレンズ
４  偏光変換素子
５  全反射ミラー
６  フィールドレンズ
７  ダイクロイックミラー
８  Ｇ用偏光板
９  Ｇ用偏光ビームスプリッタ
１０  合成用偏光ビームスプリッタ
１１  投射レンズ
１２  ＲＢ用偏光板
１３  波長選択性偏光回転素子Ｂ
１４  ＲＢ用偏光ビームスプリッタ
１５  波長選択性偏光回転素子Ｒ
１５ａ  素子本体
１５ｂ  ガラス基板
１６  出側偏光板
１７  ガラス板
１８  ガラス板
２０  反射型液晶表示素子
２１  保持板
２２，２２’，２２”  保持枠
２３  ベース
２４，２５  冷却ファン
２６  ダクト
３０，３１  接着剤
３２  板バネ
【図１】
2004271640.tif 000003
【図２】
2004271640.tif 000004
【図３】
2004271640.tif 000005
【図４】
2004271640.tif 000006
【図５】
2004271640.tif 000007
【図６】
2004271640.tif 000008
【図７】
2004271640.tif 000009
【図８】
2004271640.tif 000010
【図９】
2004271640.tif 000011