(57)【要約】【課題】光分離素子やプリズム型光学素子をコンパクトに配置する。【解決手段】光学素子ユニットは、第１および第２の光学素子１０３，１０５と、第１および第２の光学素子のそれぞれにおける光学膜面に直交する被保持面を接着により保持する光学素子保持部材１０７と、光を分離して第１および第２の光学素子の第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａに向かわせる分離面を有する光分離素子１０８と、光学素子保持部材により保持され、第１および第２の光学素子から出射した光を合成する光合成素子１０１とを有する。光学素子保持部材は、ガラス、セラミック、または鉄にＮｉを含有した低線膨張金属により形成されている。光学素子保持部材上における第１および第２の入射面の位置に対応する２本の線上のそれぞれにおいて分離面から最も離れた点同士を結ぶ直線Ｌよりも光合成素子の近くに光分離素子の一部を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ内部に光学膜面を有する第１の光学素子および第２の光学素子と、
前記第１および第２の光学素子のそれぞれにおける前記光学膜面に直交する被保持面を接着により保持する光学素子保持部材と、
入射光を分離して前記第１の光学素子および前記第２の光学素子のそれぞれの入射面である第１の入射面および第２の入射面に向かわせる分離面を有する光分離素子と、
前記光学素子保持部材によって保持され、前記第１および第２の光学素子のそれぞれから出射した光を合成する光合成素子とを有し、
前記光学素子保持部材は、ガラス、セラミック、または鉄にＮｉを含有した低線膨張金属により形成されており、
前記光学素子保持部材上における前記第１および第２の入射面の位置に対応する２本の線上のそれぞれにおいて前記分離面から最も離れた点同士を結ぶ直線よりも前記光合成素子の近くに前記光分離素子の一部が配置されていることを特徴とする光学素子ユニット。
【請求項２】
前記光学素子保持部材と前記光分離素子のいずれかに、互いの干渉を回避する逃げ部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子ユニット。
【請求項３】
前記逃げ部は、前記光分離素子のうち前記入射光が通過する光学有効領域の外側の部分に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子ユニット。
【請求項４】
前記光分離素子の前記分離面での前記光学有効領域が、前記光合成素子に対して遠い側から近い側に向かって狭くなる形状を有しており、
前記逃げ部は、前記逃げ形状として、前記光学有効領域における前記光学素子保持部材側の外縁の前記光学素子保持部材に対する傾きに沿って又は該傾きと同じ方向に、前記光学素子保持部材に対して傾いた直線形状を有することを特徴とする請求項３に記載の光学素子ユニット。
【請求項５】
前記逃げ部は、前記光学素子保持部材における前記光分離素子側の部分に、前記逃げ形状として前記直線よりも前記光合成素子側に凹む連続した曲線形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子ユニット。
【請求項６】
前記光学素子保持部材と前記光分離素子とを保持するユニット保持部材を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学素子ユニット。
【請求項７】
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子のそれぞれからの光を変調する第１の光変調素子および第２の光変調素子を有し、
前記光合成素子は、前記第１および第２の光変調素子のそれぞれにより変調された光を合成することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学素子ユニット。
【請求項８】
光源からの光を請求項７に記載の光学素子ユニットに入射させ、
前記光合成素子にて合成された前記光を被投射面に投射することを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイクロイックミラー等の光分離素子や偏光ビームスプリッタや光合成プリズム等のプリズム型光学素子を複数備えた光学素子ユニットに関し、特に液晶プロジェクタ等の画像投射装置に好適な光学素子ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような光学素子ユニットには、光分離素子や複数のプリズム型光学素子をそれらの相対位置関係を高精度に維持して保持することが求められる。特許文献１および特許文献２には、複数のプリズム型光学素子を台座部材または連結部材等の光学素子保持部材によって接着等により位置決め保持する構造が開示されている。
【０００３】
このような光学素子保持部材の材料としては、ガラス、金属および樹脂等が考えられる。ただし、プリズム型光学素子がガラスにより形成される場合には、温度変化時の線膨張係数の違いによる弊害を抑えるために、プリズム型光学素子と線膨張係数が同じまたは近い材料であるガラスやセラミック等により光学素子保持部材を製作することか好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５４２９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２７１２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ガラスやセラミック等、樹脂や金属に比べて形状自由度（加工性）が低い材料で製作された光学素子保持部材では、各プリズム型光学素子を接着等により保持するための保持面積を確保するとそれ以外の部分も大きくなり、全体が大型化し易い。そして、この大型化した光学素子保持部材との干渉を避けるように光分離素子を配置すると、該光分離素子と各プリズム型光学素子との間隔が広がり、これに伴いプリズム型光学素子同士の間隔も広げる必要が生じるため、光学素子ユニット全体が大型化する。
【０００６】
本発明は、光分離素子および複数のプリズム型光学素子をコンパクトに配置することができるようにした光学素子ユニットおよびこれを用いた画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての光学素子ユニットは、それぞれ内部に光学膜面を有する第１の光学素子および第２の光学素子と、第１および第２の光学素子のそれぞれにおける光学膜面に直交する被保持面を接着により保持する光学素子保持部材と、入射光を分離して第１の光学素子および第２の光学素子のそれぞれの入射面である第１の入射面および第２の入射面に向かわせる分離面を有する光分離素子と、光学素子保持部材によって保持され、第１および第２の光学素子のそれぞれから出射した光を合成する光合成素子とを有する。  光学素子保持部材は、ガラス、セラミック、または鉄にＮｉを含有した低線膨張金属により形成されている。そして、光学素子保持部材上における第１および第２の入射面の位置に対応する２本の線上のそれぞれにおいて分離面から最も離れた点同士を結ぶ直線よりも光合成素子の近くに光分離素子の一部が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、光源からの光を上記光学素子ユニットに入射させ、光合成素子にて合成された光を被投射面に投射する画像投射装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１および第２の光学素子と光合成素子とを保持する光学素子保持部材への光分離素子の干渉を避けつつこれら素子をコンパクトに配置することができる。したがって、ガラス、セラミック、または鉄にＮｉを含有した低線膨張金属により形成された光学素子保持部材を用いて、第１および第２の光学素子と光合成素子との相対位置精度を高めつつ、小型の光学素子ユニットを実現することができる。そして、この光学素子ユニットを用いることで、高画質な画像を投射表示可能な小型の画像投射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１であるプリズムユニットの斜視図。
【図２】実施例１のプリズムユニットの断面図。
【図３】実施例１のプリズムユニットの別の断面図。
【図４】実施例１のプリズムユニットのさらに別の断面図。
【図５】実施例１のプリズムユニットの斜視図。
【図６】本発明の実施例２であるプリズムユニットの断面図。
【図７】実施例２のプリズムユニットの断面図。
【図８】実施例２のプリズムユニットの斜視図。
【図９】実施例２のプリズムユニットの別の断面図。
【図１０】実施例１のプリズムユニットを備えた液晶プロジェクタの光学構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１０には、本発明の実施例１である光学素子ユニットとしてのプリズムユニットを備えた液晶プロジェクタ（画像投射装置）の光学構成を示している。図１０において、左側には水平断面を、右側には垂直断面をそれぞれ示す。
【００１３】
４１は連続スペクトルで白色光を発光する放電発光管（以下、単に発光管という）である。４２は発光管４１からの光を所定の方向に集光する凹面鏡を有するリフレクタである。発光管４１とリフレクタ４２により光源ランプ１が構成される。
【００１４】
４３ａは水平方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第１シリンダアレイである。４３ｂは第１シリンダアレイ４３ａの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズセルを複数有する第２シリンダアレイである。４４は紫外線吸収フィルタ、４５は無偏光光を所定の偏光光に変換する偏光変換素子である。
【００１５】
４６は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたフロントコンプレッサである。４７はランプ１からの光軸を、ほぼ９０度（より詳しくは８８度）折り曲げるための反射ミラーである。
【００１６】
４３ｃは垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズセルを複数配列した第３シリンダアレイである。４３ｄは第３シリンダアレイ４３ｃの個々のレンズセルに対応したシリンドリカルレンズアレイを複数有する第４シリンダアレイである。
【００１７】
５０は色座標を所定値に調整するために特定波長域の色をランプ１に戻すためのカラーフィルタである。４８はコンデンサーレンズである。４９は垂直方向において屈折力を有するシリンドリカルレンズで構成されたリアコンプレッサである。以上により、照明光学系αが構成される。
【００１８】
５８は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を反射し、緑（Ｇ）の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーである。５９は透明基板に偏光素子を貼り付けたＧ用の入射側偏光板であり、Ｐ偏光光のみを透過する。６０は多層膜により構成された偏光分離面においてＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１偏光ビームスプリッタである。
【００１９】
６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂはそれぞれ、入射した光を反射するとともに画像変調する光変調素子としての赤用反射型液晶パネル、緑用反射型液晶パネルおよび青用反射型液晶パネルである。６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂはそれぞれ、赤用１／４波長板、緑用１／４波長板および青用１／４波長板である。
【００２０】
６４ａはＲ光の色純度を高めるためにオレンジ光をランプ１に戻すトリミングフィルタである。６４ｂは透明基板に偏光素子を貼り付けたＲＢ用入射側偏光板であり、Ｐ偏光のみを透過する。
【００２１】
６５はＲ光の偏光方向を９０度変換し、Ｂ光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板である。６６は偏光分離面においてＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２偏光ビームスプリッタである。
【００２２】
６８ＢはＢ用出射側偏光板であり、Ｂ光のうちＳ偏光成分のみを整流する。６８ＧはＧ光のうちＳ偏光成分のみを透過させるＧ用出側偏光板である。６９はＲ光およびＢ光を透過し、Ｇ光を反射するダイクロイックプリズムである。
【００２３】
以上のダイクロイックミラー５８〜ダイクロイックプリズム６９により、色分解合成光学系βが構成される。
【００２４】
本実施例において、偏光変換素子４５はＰ偏光をＳ偏光に変換するが、ここでいうＰ偏光とＳ偏光は、偏光変換素子４５における光の偏光方向を基準として述べている。一方、ダイクロイックミラー５８に入射する光は、第１および第２偏光ビームスプリッタ６０，６６での偏光方向を基準として考え、Ｐ偏光光であるとする。すなわち、本実施例では、偏光変換素子４５から出射された光をＳ偏光光とするが、同じＳ偏光光をダイクロイックミラー５８に入射する場合はＰ偏光光として定義する。
【００２５】
次に、光学的な作用について説明する。発光管４１から発した光はリフレクタ４２により所定の方向に集光される。リフレクタ４２は放物面形状の凹面鏡を有し、放物面の焦点位置からの光は該放物面の対称軸に平行な光束となる。但し、発光管４１からの光源は理想的な点光源ではなく、有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。これらの光束は、第１シリンダアレイ４３ａに入射する。第１シリンダアレイ４３ａに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、垂直方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。そして、これら複数の分割光束は、紫外線吸収フィルタ４４および第２シリンダアレイ４３ｂを経て、複数の光源像を偏光変換素子４５の近傍に形成する。
【００２６】
偏光変換素子４５は、偏光分離面と反射面と１／２波長板とを有する。複数の光束は、それぞれの列に対応した偏光分離面に入射し、これを透過するＰ偏光成分とここで反射するＳ偏光成分とに分割される。反射されたＳ偏光成分は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、偏光分離面を透過したＰ偏光成分は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換される。こうして、同じ偏光方向を有する複数の光束が出射する。
【００２７】
偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子４５から出射した後、フロントコンプレッサ４６で圧縮され、反射ミラー４７によって８８度反射され、第３シリンダアレイ４３ｃに入射する。
【００２８】
第３シリンダアレイ４３ｃに入射した光束は、シリンダレンズセルの数に応じた複数の光束に分割されて集光され、水平方向に並ぶ帯状の複数の光束となる。該複数の分割光束は、第４シリンダアレイ４３ｄおよびコンデンサーレンズ４８を介してリアコンプレッサ４９に入射する。
【００２９】
フロントコンプレッサ４６、コンデンサーレンズ４８およびリアコンプレッサ４９の光学作用によって、複数の光束によって形成される矩形像は互いに重なり合い、矩形の均一な明るさの照明エリアを形成する。この照明エリアに、反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂが配置される。
【００３０】
偏光変換素子４５によってＳ偏光とされた光は、ダイクロイックミラー５８に入射する。以下、ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光の光路について説明する。
【００３１】
ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光は、入射側偏光板５９に入射する。Ｇ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光（偏光変換素子４５を基準とする場合はＳ偏光）となっている。そして、Ｇ光は入射側偏光板５９から出射した後、第１偏光ビームスプリッタ６０に対してＰ偏光として入射し、その偏光分離面を透過してＧ用反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。
【００３２】
ここで、該プロジェクタの不図示の制御基板には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の不図示の画像供給装置が接続されている。制御基板は、画像供給装置から入力された画像情報に基づいて反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂを駆動し、これらに各色用の原画を形成させる。これにより、各反射型液晶パネルに入射した光は、反射されるとともに原画に応じて変調（画像変調）される。画像供給装置とプロジェクタとにより画像表示システムが構成される。
【００３３】
Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇにおいては、Ｇ光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧ光のうちＰ偏光成分は、再び第１偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧ光のうちＳ偏光成分は、第１偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面で反射され、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。
【００３４】
このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル６１Ｇとの間に設けられた１／４波長板６２Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。これにより、第１偏光ビームスプリッタ６０とＧ用反射型液晶パネル６１Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。
【００３５】
第１偏光ビームスプリッタ６０から出射したＧ光は、ダイクロイックプリズム６９に対してＳ偏光として入射し、該ダイクロイックプリズム６９のダイクロイック面で反射して投射レンズ鏡筒５へと至る。
【００３６】
一方、ダイクロイックミラー５８で反射したＲ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａに入射する。Ｒ光とＢ光はダイクロイックミラー５８によって分解された後もＰ偏光となっている。そして、Ｒ光とＢ光は、トリミングフィルタ６４ａでオレンジ光成分がカットされた後、入射側偏光板６４ｂを透過し、色選択性位相差板６５に入射する。
【００３７】
色選択性位相差板６５は、Ｒ光の偏光方向のみを９０度回転させる作用を有し、これによりＲ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射する。
【００３８】
Ｓ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、該第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射され、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、該第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過してＢ用反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。
【００３９】
Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＲ光のうちＳ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲ光のうちＰ偏光成分は、第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。
【００４０】
また、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、画像変調されて反射される。画像変調されたＢ光のうちＰ偏光成分は、再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢ光のうちＳ偏光成分は、第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射して、投射光としてダイクロイックプリズム６９に向かう。
【００４１】
このとき、第２偏光ビームスプリッタ６６とＲ用，Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｒ，６１Ｂとの間に設けられた１／４波長板６２Ｒ，６２Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇ光の場合と同じように、Ｒ，Ｂ光それぞれの黒表示状態での調整を行うことができる。
【００４２】
こうして１つの光束に合成されて第２偏光ビームスプリッタ６６から出射したＲ光とＢ光は、出射側偏光板６８Ｂで検光されてダイクロイックプリズム６９に入射する。また、Ｒ光はＰ偏光のまま出射側偏光板６８Ｂを透過して、ダイクロイックプリズム６９に入射する。
【００４３】
出射側偏光板６８Ｂで検光されることにより、Ｂ光は、該Ｂ光が第２偏光ビームスプリッタ６６、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂおよび１／４波長板６２Ｂを通ることによって生じた無効な成分がカットされた光となる。
【００４４】
そして、ダイクロイックプリズム６９に入射したＲ光とＢ光は、ダイクロイック面を透過して、該ダイクロイック面にて反射したＧ光と合成されて投射レンズ５に至る。
【００４５】
そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂ光は、投射レンズ５によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
【００４６】
以上説明した光路は、反射型液晶パネルが白表示状態の場合である。以下では、反射型液晶パネルが黒表示状態の場合での光路について説明する。
【００４７】
まず、Ｇ光の光路について説明する。ダイクロイックミラー５８を透過したＧ光のＰ偏光光は、入射側偏光板５９に入射し、その後第１偏光ビームスプリッタ６０に入射してその偏光分離面で透過され、Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇへと至る。しかし、反射型液晶パネル６１Ｇが黒表示状態であるため、Ｇ光は画像変調されずに反射される。このため、Ｇ用反射型液晶パネル６１Ｇで反射された後も、Ｇ光はＰ偏光光のままである。したがって、Ｇ光は再び第１偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を透過し、入射側偏光板５９を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。
【００４８】
次に、Ｒ光とＢ光の光路について説明する。ダイクロイックミラー５８で反射したＲ光とＢ光のＰ偏光光は、入射側偏光板６４ｂに入射する。そして、入射側偏光板６４ｂから出射した後、色選択性位相差板６５に入射する。色選択性位相差板６５は、Ｒ光の偏光方向のみを９０度回転する作用を持つため、Ｒ光はＳ偏光として、Ｂ光はＰ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射する。
【００４９】
Ｓ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＲ光は、その偏光分離面で反射され、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２偏光ビームスプリッタ６６に入射したＢ光は、その偏光分離面を透過してＢ用反射型液晶パネル６１Ｂへと至る。
【００５０】
ここで、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒは黒表示状態であるため、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒに入射したＲ光は画像変調されないまま反射される。このため、Ｒ用反射型液晶パネル６１Ｒで反射された後も、Ｒ光はＳ偏光光のままである。したがって、Ｒ光は再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面で反射し、入射側偏光板６４ｂを通過して光源側に戻され、投射光から除去される。これにより、黒表示がなされる。
【００５１】
一方、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂに入射したＢ光は、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂが黒表示状態であるため、画像変調されないまま反射される。このため、Ｂ用反射型液晶パネル６１Ｂで反射された後も、Ｂ光はＰ偏光光のままである。したがって、Ｂ光は再び第２偏光ビームスプリッタ６６の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板６５によりＰ偏光に変換され、入射側偏光板６４ｂを透過して、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００５２】
次に、図１、図２および図５を用いて、本実施例におけるプリズムユニットについて説明する。図１には、図１０の右側に示した垂直断面におけるプリズムユニットの構成を示している。また、図２には、図１０の左側に示した水平断面におけるプリズムユニットの構成を示している。図１および図２中のＯＡは、図１０に示した照明光学系αから入射する光がプリズムユニット内を通る際の光路の中心軸（光軸）を示している。また、図５にはプリズムユニットの外観を示している。
【００５３】
１０１は図１０中のダイクロイックプリズム６９に相当するプリズム型光学素子としての光合成素子（以下、光合成プリズムという）であり、ダイクロイック面である光学膜面１０２を有する。１０３は図１０中の第１偏光ビームスプリッタ６０に相当するプリズム型光学素子としての第１の光学素子（以下、第１のプリズムという）であり、その内部に偏光分離面である光学膜面１０４を有する。１０５は図１０中の第２偏光ビームスプリッタ６６に相当するプリズム型光学素子としての第２の光学素子（以下、第２のプリズムという）であり、その内部に偏光分離面である光学膜面１０６を有する。
【００５４】
１０８は図１０中のダイクロイックミラー５８に相当する光分離素子（以下、光分離ミラーという）であり、ガラス基板上にダイクロイック面である分離面１０８ｃを有する。光分離ミラー１０８は、図１０でも説明したように、その分離面１０８ｃにより入射光を分離して第１のプリズム１０３および第２のプリズム１０５のそれぞれの入射面である第１の入射面１０３ａおよび第２の入射面１０５ａに向かわせる。
【００５５】
光合成プリズム１０１、第１のプリズム１０３および第２のプリズム１０５は、それらの中心（図１中の光路中心軸ＯＡが通る光学膜面１０２，１０４，１０６の中心）が直角二等辺三角形の頂点に位置するように配置されている。さらに言えば、光合成プリズム１０１、第１のプリズム１０３および第２のプリズム１０５は、光合成プリズム１０１の光学膜面１０２を含む平面（以下、対称面という）Ｓに関して対称となるように配置されている。また、光分離ミラー１０８は、その分離面１０８ｃが対称面Ｓ上に位置するように配置されている。
【００５６】
１１１，１１２，１１３はそれぞれ、図１０中のＧ用、Ｂ用およびＲ用反射型液晶パネル６１Ｇ，６１Ｂ，６１Ｒに相当する光変調素子（以下それぞれ、Ｇパネル、ＢパネルおよびＲパネルという）である。なお、図１０には、これら光合成プリズム１０１、第１のプリズム１０３、第２のプリズム１０５、光分離ミラー１０８およびＧ，Ｂ，Ｒパネル１１１，１１２，１１３以外の光学素子も示されているが、これらの説明は省略する。
【００５７】
１０７は光学素子保持部材としてのプリズム連結部材である。第１および第２のプリズム１０３，１０５のそれぞれにおける光学膜面１０４，１０６に直交するプリズム面（被保持面）はプリズム連結部材１０７に接着されている。また、光合成プリズム１０１における光学膜面１０２に直交するプリズム面（被保持面）も、プリズム連結部材１０７に接着されている。こうして第１のプリズム１０３、第２のプリズム１０５および光合成プリズム１０１がプリズム連結部材１０７によって保持される。図１においてハッチングして示した３つの矩形の領域が、プリズム連結部材１０７上における第１のプリズム１０３、第２のプリズム１０５および光合成プリズム１０１との接着領域１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄを示している。
【００５８】
図１に示すように、プリズム連結部材１０７は、上記３つの接着領域１０７ｂ〜１０７ｄを３つの角部として有する。そして、プリズム連結部材１０７における第１および第２のプリズム１０３，１０５との接着領域１０７ｂ，１０７ｃの間の光分離ミラー側（光分離素子側）の部分は、対称面Ｓに直交する直線部（以下、斜め直線部という）１０７ａとして形成されている。なお、プリズム連結部材１０７の斜め直線部１０７ａは、第１および第２のプリズム１０３，１０５の第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａよりも、それらに対する光分離ミラー１０８からの光の入射側に突出した位置にて対称面Ｓに直交するように延びている。これは、斜め直線部１０７ａが第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａよりも奥まった位置にあると、接着領域１０７ｂ，１０７ｃの面積が小さくなり、第１および第２のプリズム１０３，１０５の保持強度が低下するためである。また、同じ理由から、接着領域１０７ｂ，１０７ｃは、第１および第２のプリズム１０３，１０５の被保持面の面積の１／４を超える面積を有する領域として設定されている。
【００５９】
プリズム連結部材１０７は、光合成プリズム１０１と第１および第２のプリズム１０３，１０５の材料であるガラスと線膨張係数および剛性が同じまたは近い材料であるガラス、セラミックまたはインバーの焼結部材により製作されている。
【００６０】
光分離ミラー１０８は、その中心がプリズム連結部材１０７の斜め直線部１０７ａよりも光合成プリズム１０１から遠い側に位置するように配置されている。また、光分離ミラー１０８は、光合成プリズム１０１に最も近い部分（光分離素子の一部：以下、プリズム側部分という）１０８ａが斜め直線部１０７ａよりも光合成プリズム１０１に近くに位置するように配置されている。
【００６１】
さらに言えば、第１および第２のプリズム１０３，１０５の入射面に対して垂直に入射する光線の光路と、この光線が第１および第２のプリズム１０３，１０５内の光学膜によって反射（または透過）された光線の光路とを含む平面に対して垂直な方向から見る。この平面視において、プリズム連結部材１０７上における第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａの位置に対応する２本の線をそれぞれ、Ｌ１，Ｌ２とする。このとき、光分離ミラー１０８のプリズム側部分１０８ａは、線Ｌ１，Ｌ２上のそれぞれにおいて光分離ミラー１０８の分離面１０８ｃから最も離れた点Ｐ１，Ｐ２同士を結ぶ直線Ｌよりも光合成プリズム１０１の近くに配置されている。言い換えれば、プリズム連結部材１０７における稜線Ｌ１′，Ｌ２′と第１および第２のプリズム１０３，１０５における第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａの稜線Ｌ１，Ｌ２とが交わる交点をＰ１，Ｐ２とする。このとき、光分離ミラー１０８のプリズム側部分１０８ａは、稜線Ｌ１，Ｌ２上において光分離ミラー１０８の分離面１０８ｃから最も離れた点であるＰ１，Ｐ２同士を結ぶ直線Ｌよりも光合成プリズム１０１の近くに配置されている。
【００６２】
このような配置を可能とするため、本実施例では、光分離ミラー１０８の形状に特徴を有する。具体的には、図２に示すように、光分離ミラー１０８において入射光が通過する光学有効領域１１４の外側の部分に、プリズム連結部材１０７の斜め直線部１０７ａに対する逃げ形状を有する逃げ部１０８ｂを形成している。逃げ部１０８ｂは、光分離ミラー１０８とリズム連結部材１０７の干渉を回避するために形成されている。
【００６３】
ここで、図１および図２に示すように、光分離ミラー１０８には、図１０に示した照明光学系αから、Ｇ，ＢおよびＲパネル１１１，１１２，１１３に向かって収束する光（入射光）が入射する。このため、図２に示すように、光分離ミラー１０８における分離面１０８ｃ上での光学有効領域（ハッチングして示す）１１４は、光合成プリズム１０１に対して遠い側から近い側に向かって狭くなる形状を有する。そして、逃げ部１０８ｂは、該光学有効領域１１４におけるプリズム連結部材側（光学素子保持部材側）の外縁１１４ａのプリズム連結部材１０７に対する傾きと同じ方向に、プリズム連結部材１０７に対して傾く直線形状を有するように形成されている。
【００６４】
逃げ部１０８ｂは、ガラス基板を用いて作られる光分離ミラー１０８を切削または研磨加工することにより形成されるが、逃げ部１０８ｂが複雑な形状を有するとその加工時に欠けが生じ易く、逃げ部１０８ｂを形成することが困難になる。このため、逃げ部１０８ｂは、直線形状を有することが望ましい。
【００６５】
なお、逃げ部１０８ｂを、図２中に線１０８ｂ′で示すように、入射光の光学有効領域１１４の外縁１１４ａのプリズム連結部材１０７に対する傾きに沿って（該傾きと平行に）プリズム連結部材１０７に対して傾く直線形状を有するように形成してもよい。
【００６６】
以上のような構成により、図１に示すプリズムユニットの水平方向長さ１１６および垂直方向長さ１１７と図２に示すプリズムユニットの水平方向幅１１８とをそれぞれ小さくすることができる。
【００６７】
図３および図４には、図１および図２に示したプリズムユニットのプリズム連結部材１０７をユニット保持部材としてのユニット台座１１９に接着により取り付けた状態を示している。ユニット台座１１９には、光分離ミラー１０８を保持するミラー保持部１２０が設けられている。ミラー保持部１２０には、図４に示すように、光分離ミラー１０８が差し込まれることで、該光分離ミラー１０８を自立させるための溝部１２０ａが形成されている。光分離ミラー１０８はプリズム１０１，１０３，１０５に対して高い位置精度で配置される必要があるので、プリズムユニットのユニット台座１１９に対する位置を調整した後に、溝部１２０ａの底面に光分離ミラー１０８を突き当てて接着することが望ましい。
【００６８】
なお、ユニット台座１１９には、他の部材、例えば投射レンズを取り付けるためのフランジ部材を固定してもよい。
【実施例２】
【００６９】
次に、図６、図７および図８を用いて、本発明の実施例２であるプリズムユニット（光学素子ユニット）について説明する。図６には、実施例１において図１に示した垂直断面に相当する断面でのプリズムユニットの構成を示している。また、図７には、実施例１において図２に示した水平断面に相当する断面でのプリズムユニットの構成を示している。また、図８にはプリズムユニットの外観を示している。
【００７０】
本実施例において、実施例１の図１〜図５に示した構成要素と共通する構成要素には、実施例１と同符号を付して詳しい説明は省略する。本実施例では、光学素子保持部材としてのプリズム連結部材２０７の形状が、実施例１におけるプリズム連結部材１０７の形状と異なる。また、これに伴って、本実施例の光分離ミラー２０８の形状が、実施例１における光分離ミラー１０８の形状と異なる。
【００７１】
図６において、プリズム連結部材２０７には、第１および第２のプリズム１０３，１０５のそれぞれにおける光学膜面１０４，１０６に直交するプリズム面（被保持面）が接着されている。また、光合成プリズム１０１における光学膜面１０２に直交するプリズム面（被保持面）もプリズム連結部材２０７に接着されている。図６においてハッチングして示した３つの矩形の領域が、プリズム連結部材２０７上における第１のプリズム１０３、第２のプリズム１０５および光合成プリズム１０１との接着領域２０７ｂ，２０７ｃ，２０７ｄを示している。
【００７２】
また、プリズム連結部材２０７は、上記３つの接着領域２０７ｂ〜２０７ｄを３つの角部として有する。さらに、プリズム連結部材２０７における第１および第２のプリズム１０３，１０５との接着領域２０７ｂ，２０７ｃの間の光分離ミラー側の部分は、光合成プリズム側に円弧形状に凹む逃げ形状を有する逃げ部（凹部）２０７ａとして形成されている。逃げ部２０７ａは、光分離ミラー１０８とリズム連結部材２０７のと干渉を回避するために形成されている。
【００７３】
なお、逃げ部２０７ａは、第１および第２のプリズム１０３，１０５の第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａよりも光分離ミラー１０８からの光入射側に突出した位置を通る円弧形状に形成されている。これも、実施例１でも説明したように、逃げ部２０７ａが第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａよりも奥まった位置にあると、接着領域２０７ｂ，２０７ｃの面積が小さくなり、第１および第２のプリズム１０３，１０５の保持強度が低下するためである。また、同じ理由から、接着領域２０７ｂ，２０７ｃは、第１および第２のプリズム１０３，１０５の被保持面の面積の１／４を超える面積を有する領域として設定されている。
【００７４】
本実施例でも、プリズム連結部材２０７は、光合成プリズム１０１と第１および第２のプリズム１０３，１０５の材料であるガラスと線膨張係数および剛性が同じまたは近い材料であるガラスまたはセラミックにより製作されている。また、プリズム連結部材２０７を、鉄にＮｉを含有した低線膨張金属（例えば、インバーやコバール）の焼結部材により製作してもよい。
【００７５】
本実施例でも、第１および第２のプリズム１０３，１０５の入射面に対して垂直に入射する光線の光路と、この光線が第１および第２のプリズム１０３，１０５内の光学膜によって反射（または透過）された光線の光路とを含む平面に対して垂直な方向から見る。この平面視において、プリズム連結部材２０７上における第１および第２のプリズム１０３，１０５の第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａの位置に対応する２本の線をＬ１，Ｌ２とする。このとき、光分離ミラー２０８のプリズム側部分２０８ａは、線Ｌ１，Ｌ２上のそれぞれにおいて光分離ミラー２０８の分離面２０８ｃから最も離れた点Ｐ１，Ｐ２同士を結ぶ直線Ｌよりも光合成プリズム１０１の近くに配置されている。
言い換えれば、プリズム連結部材１０７における稜線Ｌ１′，Ｌ２′と第１および第２のプリズム１０３，１０５における第１および第２の入射面１０３ａ，１０５ａの稜線Ｌ１，Ｌ２とが交わる交点をＰ１，Ｐ２とする。このとき、光分離ミラー２０８のプリズム側部分２０８ａは、稜線Ｌ１，Ｌ２上において光分離ミラー２０８の分離面２０８ｃから最も離れた点であるＰ１，Ｐ２同士を結ぶ直線Ｌよりも光合成プリズム１０１の近くに配置されている。この配置は、プリズム連結部材２０７における逃げ部２０７ａが、直線Ｌよりも光合成プリズム側（光合成素子側）に凹むように形成されていることで可能となっている。
【００７６】
なお、本実施例では、プリズム連結部材２０７の逃げ部２０７ａを円弧形状に形成した場合について説明したが、必ずしも円弧形状でなくてもよく、光合成プリズム側に凹む連続した曲線形状に形成されていればよい。逃げ部２０７ａはガラスやセラミック等で製作されたプリズム連結部材２０７を切削または研磨加工することにより形成されるが、逃げ部２０７ａが不連続な（折れ曲がった）形状を有するとその加工時に欠けが生じ易く、逃げ部２０７ａを形成することが困難になる。このため、逃げ部２０７ａは、円弧形状に代表される連続曲線形状を有することが望ましい。
【００７７】
本実施例では、プリズム連結部材２０７が逃げ部２０７ａを有するため、光分離ミラー２０８には実施例１のような逃げ部を設けなくてもよい。
【００７８】
以上のような構成により、図６に示すプリズムユニットの水平方向長さ２１６および垂直方向長さ２１７と図７に示すプリズムユニットの水平方向幅２１８とをそれぞれ小さくすることができる。
【００７９】
図９には、図６および図７に示したプリズムユニットのプリズム連結部材２０７をユニット台座１１９に接着により取り付けた状態を示している。ユニット台座１１９には、実施例１と同様に、光分離ミラー１０８を保持するミラー保持部１２０が設けられている。
【００８０】
本実施例では、プリズム連結部材２０７に逃げ部２０７ａを設けたことで生まれたスペースを利用して、図１０中の入射側偏光板５９，６４ａやトリミングフィルタ６４ａ等の光学素子１２２，１２３とこれらを保持する保持部１２４，１２５を配置することができる。保持部１２４，１２５はユニット台座１１９に設けてもよいし、第１および第２のプリズム１０３，１０５に取り付けられた部材の一部であってもよい。
【００８１】
以上説明したように、各実施例では、光分離素子（１０８）および光学素子保持部材（２０７）のうち一方が他方に対する逃げ部（１０８ｂ，２０７ａ）を有する。これにより、光学素子保持部材上における第１および第２の光学素子（１０３，１０５）のそれぞれの入射面の位置に対応する２本の線上のそれぞれにおいて光分離素子の分離面から最も離れた点同士を結ぶ直線よりも光合成素子の近くに光分離素子の一部を配置する。この結果、第１および第２の光学素子と光合成素子間の相対位置関係を高精度に維持しつつ、光分離素子、第１の光学素子、第２の光学素子および光合成素子間の間隔を狭めた小型の光学素子ユニットを実現することができる。
【００８２】
なお、上記各実施例では、光変調素子として液晶パネルを用いた場合について説明したが、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等の他の光変調素子を用いてもよい。
【００８３】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０１  光合成プリズム
１０３  第１のプリズム
１０５  第２のプリズム
１０７，２０７  プリズム連結部材
１０８  光分離ミラー
１０８ｂ，２０７ａ  逃げ部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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