(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ内部が光学媒質で満たされたプリズム状の第１の光学素子片および第２の光学素子片を貼り合わせて構成される光学素子と、この光学素子を位置決め支持する基板部材とを有する光学系であって、
前記第１の光学素子片における貼り合わせ面とこの貼り合わせ面に隣り合う面との間に、前記基板部材の支持面に対して垂直な方向に延びる面取り形状面を形成し、
前記第２の光学素子片の貼り合わせ面のうち前記第１の光学素子片に面取り形状面を形成することにより露出した部分および前記面取り形状面のうち少なくとも一方に、前記基板部材に設けられた位置決め用突部を当接させたことを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記光学素子が偏光分離面を有する光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
請求項１に記載の光学系を備えたことを特徴とする光学機器。
【請求項４】
請求項１に記載の光学系を用いて画像を表示することを特徴とする画像表示光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の画像表示光学系を備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリズム状の光学素子を基板部材により位置決め支持した光学系およびこれを用いた投射型画像表示装置等の光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投射型画像表示装置には、光源からの照明光を複数の色光に分解したり画像表示素子により変調された複数の色光を合成したりするために偏光ビームスプリッターやダイクロイックプリズム等の光学素子が用いられる。これらの光学素子は、内部が光学媒質で満たされたプリズム状の複数の光学素子片を貼り合わせて構成され、貼り合わせ面には多層膜としての偏光分離膜やダイクロイック膜が形成されている。
【０００３】
そして、このような光学素子は、基板部材上に位置決め固定されて装置筐体内に収容される。
【０００４】
具体的な光学素子の固定方法としては、特開２００１−１５４１５２号公報にて提案されているように、例えば２つの光学素子（プリズム）片を貼り合わせる場合に、両光学素子片の大きさを変えることによって形成される段差を利用して基板部材に対する位置決めを行うものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報にて提案の固定方法では、確実に２種類の大きさのプリズム片が必要となり、製造上でのコストが上昇するという問題がある。
【０００６】
例えば、プリズム片の角度や平面の精度が要求される場合は、厳密な管理検査工程を２工程設けなくてはならず、また製造工程も２工程に分けなくてはならない。
【０００７】
また、段差を作るために、光学素子に光学的に不要な部分を設けなければならないため、光学素子の大型化や重量増にもつながる。
【０００８】
さらに、光学素子を支持する基板部材の形状が、上記段差に対応した複雑な形状となるため、基板部材の製造コストに影響してしまう。しかも、複数の光学素子を支持する基板部材が複雑な形状であると、熱膨張時の寸法変化に不均一性が生じて光学素子間の位置関係（各色光の光軸の一致性）が崩れ、いわゆるレジずれ（画素ずれ）の発生原因となり、カラー表示画像の色滲みやコントラスト低下が生ずるという問題もある。
【０００９】
【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、本願第１の発明では、それぞれ内部が光学媒質で満たされたプリズム状の第１の光学素子片および第２の光学素子片を貼り合わせて構成される光学素子と、この光学素子を位置決め支持する基板部材とを有する光学系において、第１の光学素子片における貼り合わせ面とこの貼り合わせ面に隣り合う面との間に、基板部材の支持面に対して垂直な方向に延びる面取り形状面を形成し、第２の光学素子片の貼り合わせ面のうち第１の光学素子片に面取り形状面を形成することにより露出した部分に、基板部材に設けられた位置決め用突部を当接させるようにしている。
【００１０】
これにより、光学素子を大型化させたり重量を増加させたりすることなく、また光学素子を通る有効光束を遮ることなく、第２の光学素子片の貼り合わせ面の一部を露出させることができ、この露出部分や面取り形状面を利用して光学素子の基板部材に対する精度の高い位置決めを行うことが可能となる。しかも、双方の光学素子片の作り分けを最小限に留めて、製造コストの増加を抑えることが可能となる。
【００１１】
さらに、基板部材の形状を簡素化して、熱膨張時の基板部材の形状変化を均一とすることが可能となる。したがって、この光学系を投射型画像表示装置に用いた場合には、熱膨張による表示画像の画素ずれの発生を防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の又は本発明に関連する実施形態について説明する。第２及び第３実施形態が本発明の実施形態である。また、第１，第４〜第１２実施形態は、本発明の関連技術例としての実施形態である。
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態である投射型画像表示装置に備えられる画像表示光学系の構成を示している。
【００２１】
１は連続スペクトルで白色光を発光する光源、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、３は光路を曲げる第１の反射ミラーである。
【００２２】
また、４は第１のフライアイレンズ２の個々のレンズに対応した第２のフライアイレンズ、５は無偏光光を偏光光に揃える偏光変換素子、６はコンデンサーレンズ、７は光路を曲げる第２の反射ミラー、８はフィールドレンズである。
【００２３】
９ＧはＧ（緑）の光の偏光方向を９０°変換し、Ｒ（赤）・Ｂ（青）の光の偏光方向を変換しない第１の色選択性位相差板である。９ＲはＲの光の偏光方向を９０°変換し、Ｂの光の偏光方向を変換しない第２の色選択性位相差板である。
【００２４】
１０はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッター（光学素子）であり、本実施形態では、４つの偏光ビームスプリッター１０を用いて色分解合成光学系を構成している。
【００２５】
１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒはそれぞれ、入射光を反射するとともに画像変調して画像を表示するＧ光用の反射型液晶表示素子、Ｂ光用の反射型液晶表示素子およびＲ光用の反射型液晶表示素子である。
【００２６】
なお、これら反射型液晶表示素子１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒには不図示の駆動回路が接続されており、この駆動回路には、不図示のパーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオ、ＤＶＤ等の画像情報供給装置から画像情報が供給される。駆動回路はその画像情報に基づいて反射型液晶表示素子を駆動し、各色用の画像を表示させる。
【００２７】
１２は１／４波長板、１３は偏光ビームスプリッター１０を搭載する基板である。１４は投射レンズであり、１５は光源１を冷却するファンである。
【００２８】
この画像表示光学系において、光源１から射出した照明光は、第１のフライアイレンズ２、第１の反射ミラー３、第２のフライアイレンズ４、偏光変換素子５、コンデンサーレンズ６、第２の反射ミラー７、フィールドレンズ８および第１の色選択性位相差板９Ｇを通って色分解合成光学系に入射する。
【００２９】
色分解合成光学系においては、図中の右下の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で照明光のうちＧ光が透過し、Ｒ、Ｂ光が反射される。Ｇ光はさらに図中の右上の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面および１／４波長板１２を透過してＧ光用の反射型液晶表示素子１１Ｇに入射する。反射型液晶表示素子１１Ｇで変調されたＧ光は、右上の偏光ビームスプリッター１０に再度入射してその偏光分離面で反射され、図中の左上の偏光ビームスプリッター１０に入射してその偏光分離面で投射レンズ１４側に反射される。
【００３０】
右下の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で反射されたＲ、Ｂ光のうちＲ光は、図中の左下の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面および１／４波長板１２を透過してＲ光用の反射型液晶表示素子１１Ｒに入射する。反射型液晶表示素子１１Ｒで変調されたＲ光は、左下の偏光ビームスプリッター１０に再度入射してその偏光分離面を透過する。
【００３１】
また、右下の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で反射されたＲ、Ｂ光のうちＢ光は、図中の左下の偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面で反射され、１／４波長板１２を透過してＢ光用の反射型液晶表示素子１１Ｂに入射する。反射型液晶表示素子１１Ｂで変調されたＢ光は、左下の偏光ビームスプリッター１０に再度入射してその偏光分離面で反射される。これにより、変調されたＲ光とＢ光とが合成される。
【００３２】
そして、これらＲ、Ｂ光は図中の左上の偏光ビームスプリッター１０に入射してその偏光分離面を透過して投射レンズ１４側に進む。これにより、変調されたＧ光と変調されたＲ、Ｂ光とが合成されて投射レンズ１４により不図示のスクリーン（被投射面）に投射され、スクリーン上にカラー画像が表示される。
【００３３】
次に、図２および図３を用いて偏光ビームスプリッター１０の構成およびこの偏光ビームスプリッター１０の基板１３に対する位置決め固定方法について説明する。なお、図２は偏光ビームスプリッター１０の基板１３上での配置を示す平面図（但し、位置決めピン１３ａについては透視状態で示している）であり、図３は偏光ビームスプリッター１０を図２におけるＡ方向から見た図である。
【００３４】
偏光ビームスプリッター１０は、内部が光学硝子等の光学媒質により満たされた２つのプリズム片１０Ａ、１０Ｂを貼り合わせて構成されており、一方の貼り合わせ面には多層膜からなる偏光分離面が形成されている。
【００３５】
そして、プリズム片１０Ａにおける張り合わせ面とこの張り合わせ面に対して基板側にて９０°の角度をなして隣り合う面（図３における下面）との間には面取り形状面１０Ａｍが形成されている。この面取り形状面１０Ａｍは、基板１３の支持面と平行な方向に延びている。
【００３６】
こうしてプリズム片１０Ａに面取り形状面１０Ａｍを形成することで、プリズム片１０Ｂの貼り合わせ面の一部を露出させることができる。また、プリズム片１０Ａの面取り形状面１０Ａｍと露出したプリズム片１０Ｂの貼り合わせ面の一部との間には略三角型断面を有する隙間が形成される。
【００３７】
なお、プリズム片１０Ｂにおける貼り合わせ面とこの張り合わせ面に対して基板とは反対側にて９０°の角度をなして隣り合う面（図３における上面）との間には面取り形状面１０Ｂｍが形成されているが、これはプリズム片１０Ｂをプリズム片１０Ａと同じ形状に製造したために存在するものであり、無くてもかまわない。
【００３８】
また、面取り形状面１０Ａｍ、１０Ｂｍには墨塗りを施して反射防止を行う。小型化を進めると、面取り形状面１０Ａｍ、１０Ｂｍに不要光が入射して乱反射する可能性があるためである。
【００３９】
基板１３の支持面には、位置決めピン（位置決め用突部）１３ａが上方に突出するよう設けられている。この位置決めピン１３ａは上記隙間部に入り込んで、この隙間部に面した（露出した）プリズム片１０Ｂの貼り合わせ面とプリズム片１０Ａの面取り形状面１０Ａｍ、１０Ｂｍに突き当てられる。これにより、偏光ビームスプリッター１０の基板１３に対する張り合わせ面に直交する方向の位置が決定される。なお、偏光ビームスプリッター１０と基板１３の支持面とは接着剤により固定される。
【００４０】
なお、本実施形態では、位置決めピン１３ａを基板１３とは別部材として基板１３に形成された穴部に圧入しているが、基板を型成形にて作成可能であれば、位置決めピンを一体成形し、より寸法精度を高めることができる。
【００４１】
投射レンズ１４と反射型液晶表示素子１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒとの間の光路に配置される偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面の位置精度と、偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面に対する反射型液晶表示素子１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒの位置精度はそれぞれ非常に厳しい。
【００４２】
この点、本実施形態では、偏光分離面が形成されている張り合わせ面を基準に基板１３に対する位置決め固定を行うことで、上記精度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、偏光ビームスプリッター１０の張り合わせ面方向の位置決めを行っていないが、組立て治具により決定するか任意の位置決め部を設けてもよい。
【００４４】
また、反射型液晶表示素子１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒはそれぞれが近接する偏光ビームスプリッター１０に治具を用いて位置決めを行った後、基板１３に接着固定する。これにより、基板１３に熱膨張が発生しても、各偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面に対する各反射型液晶表示素子１１Ｇ、１１Ｂ、１１Ｒのずれは互いに打ち消され合う。
【００４５】
本実施形態において、熱により光学系が膨張した場合を図１に破線で示している。この図２から分かるように、熱膨張時の基板１３（つまりは光学系）の形状変化は前後左右（図２では上下左右）に均一化することができる。そして、偏光ビームスプリッター１０が基板１３の膨張により位置がずれても、偏光ビームスプリッター１０の張り合わせ面（偏光分離面）はこの張り合わせ面の延長方向にずれるだけなので、偏光分離面での反射光に影響を与えない。
【００４６】
また、反射型液晶表示素子１１Ｂ、１１Ｒの位置は偏光ビームスプリッター１０の張り合わせ面を中心とした対称的位置にずれるが、画素中心軸は結果的に一致する。同様に、反射型液晶表示素子１１Ｇは、その画素中心軸が反射型液晶表示素子１１Ｂ、１１Ｒの画素中心軸と一致する位置にずれるで、結果としてＲＧＢの各光軸は一致する。したがって、投射画像の画素ずれが防止される。
【００４７】
（第２実施形態）
図４および図５には、本発明の第２実施形態である投射型画像表示装置に備えられる色分解合成光学系の構成および偏光ビームスプリッター１１０の基板１３に対する位置決め構造を示している。なお、図４は偏光ビームスプリッター１１０の基板１３上での配置を示す平面図であり、図５は偏光ビームスプリッター１１０の平面図である。
【００４８】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。本実施形態及び後述する第３実施形態にて説明する色分解合成光学系は、第１実施形態（図１）にて説明した画像表示光学系に用いられる。
【００４９】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター１１０のプリズム片１１０Ａにおける張り合わせ面とこの張り合わせ面に対して４５°をなして隣り合う面との間に面取り形状面１１０Ａｍを形成するとともに、プリズム片１１０Ｂにおける張り合わせ面とこの張り合わせ面に対して４５°をなして隣り合う面との間に面取り形状面１１０Ｂｍを形成している。なお、偏光ビームスプリッター１１０において面取り形状面１１０Ａｍと面取り形状面１１０Ｂｍは貼り合わせ面を挟んで対角位置の関係となるように形成されており、いずれも基板１３の支持面に対して垂直な方向に延びている。
【００５０】
こうしてプリズム片１１０Ａに面取り形状面１１０Ａｍを形成することで、プリズム片１１０Ｂの貼り合わせ面の一部を露出させることができる。同様に、プリズム片１１０Ｂに面取り形状面１１０Ｂｍを形成することで、プリズム片１１０Ａの貼り合わせ面の一部を露出させることができる。また、プリズム片１１０Ａの面取り形状面１１０Ａｍと露出したプリズム片１１０Ｂの貼り合わせ面の一部との間には略三角型断面を有する隙間部が形成され、同様に、プリズム片１１０Ｂの面取り形状面１１０Ｂｍと露出したプリズム片１１０Ａの貼り合わせ面の一部とに面する略三角型断面を有する隙間部が形成される。
【００５１】
また、面取り形状面１１０Ａｍ、１１０Ｂｍには墨塗りを施して反射防止を行う。小型化を進めると、面取り形状面１１０Ａｍ、１１０Ｂｍに不要光が入射して乱反射する可能性があるためである。
【００５２】
基板１３の支持面には、位置決めピン（位置決め用突部）１３ａが上方に突出するよう設けられている。この位置決めピン１３ａは上記隙間部に入り込んで、この隙間部に面した（露出した）プリズム片１１０Ａ、１１０Ｂの貼り合わせ面と面取り形状面１１０Ｂｍ、１１０Ａｍに突き当てられる。これにより、偏光ビームスプリッター１１０の基板１３に対する位置が決定される。なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッター１１０の張り合わせ面に直交する方向の位置だけでなく、張り合わせ面方向の位置も決定される。
【００５３】
また、偏光ビームスプリッター１１０と基板１３の支持面とは接着剤により固定される。
【００５４】
本実施形態における熱膨張時の光学系の形状および位置変化は、第１実施形態と同様であり、図４中に破線で示す。
【００５５】
（第３実施形態）
図６および図７には、本発明の第３実施形態である投射型画像表示装置に備えられる色分解合成光学系の構成および偏光ビームスプリッター２１０の基板１３に対する位置決め構造を示している。なお、図６は偏光ビームスプリッター２１０の基板１３上での配置を示す平面図であり、図７は偏光ビームスプリッター２１０の平面図である。
【００５６】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００５７】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター２１０のプリズム片２１０Ａにおける張り合わせ面とこの張り合わせ面に対して４５°をなして隣り合う２つの面との間にそれぞれ面取り形状面２１０Ａｍを形成している。なお、偏光ビームスプリッター２１０において２つの面取り形状面２１０Ａｍは貼り合わせ面の片側に対角位置の関係となるように形成されており、いずれも基板１３の支持面に対して垂直な方向に延びている。
【００５８】
こうしてプリズム片２１０Ａに２つの面取り形状面２１０Ａｍを形成することで、プリズム片２１０Ｂの貼り合わせ面の一部（２箇所）を露出させることができる。また、プリズム片２１０Ａの面取り形状面２１０Ａｍと露出したプリズム片２１０Ｂの貼り合わせ面の一部とに面する略三角型断面を有する隙間部が形成される。
【００５９】
また、２つ面取り形状面２１０Ａｍには墨塗りを施して反射防止を行う。小型化を進めると、面取り形状面２１０Ａｍに不要光が入射して乱反射する可能性があるためである。
【００６０】
基板１３の支持面には、位置決めピン（位置決め用突部）１３ａが上方に突出するよう設けられている。この位置決めピン１３ａは上記隙間部に入り込んで、この隙間部に面した（露出した）プリズム片２１０Ｂの貼り合わせ面とプリズム片２１０Ａの面取り形状面２１０Ａｍに突き当てられる。これにより、偏光ビームスプリッター２１０の基板１３に対する位置が決定される。なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッター２１０の張り合わせ面に直交する方向の位置だけでなく、張り合わせ面方向の位置も決定される。
【００６１】
そして、本実施形態では、プリズム片２１０Ａの２箇所に面取り形状面２１０Ａｍを形成する一方、プリズム片２１０Ｂには面取り形状面を形成しないので、２つのプリズム片２１０Ａ、２１０Ｂを作り分けなくてはいけないが、位置決めピン１３ａの配置を単純化できるので、偏光ビームスプリッター２１０の配置精度を向上させることができる。
【００６２】
また、偏光ビームスプリッター２１０と基板１３の支持面とは接着剤により固定される。
【００６３】
本実施形態における熱膨張時の光学系の形状および位置変化は、第１実施形態と同様であり、図６中に破線で示す。
【００６４】
（第４実施形態例）
図８および図９には、本発明の第４実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系の構成および偏光ビームスプリッター３１０の基板１３に対する位置決め構造を示している。なお、図８は偏光ビームスプリッター３１０の基板１３上での配置を示す平面図（但し、位置決めピン１３ａについては透視状態で示している）であり、図９は偏光ビームスプリッター３１０を図８における矢印Ｂ方向から見た図である。
【００６５】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００６６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター３１０のプリズム片３１０Ａの基板側における張り合わせ面とこの張り合わせ面の両側においてこの張り合わせ面に９０°および４５°をなして隣り合う２つの面との間、つまりは張り合わせ面を含む３つの面の頂点部分に面取り形状面３１０Ａｍを形成している。
【００６７】
また、同様にして、プリズム片３１０Ｂの基板１３とは反対側における張り合わせ面とこの張り合わせ面の両側においてこの張り合わせ面に９０°および４５°をなして隣り合う２つの面との間、つまりは張り合わせ面を含む３つの面の頂点部分に面取り形状面３１０Ｂｍを形成している。
【００６８】
なお、プリズム片３１０Ｂに面取り形状面３１０Ｂｍが形成されているが、これはプリズム片３１０Ｂをプリズム片３１０Ａと同じ形状に製造したために存在するものであり、無くてもかまわない。
【００６９】
こうしてプリズム片３１０Ａに面取り形状面３１０Ａｍを形成することで、プリズム片３１０Ｂの貼り合わせ面の一部（２箇所）を露出させることができる。また、プリズム片３１０Ａの面取り形状面３１０Ａｍと露出したプリズム片３１０Ｂの貼り合わせ面の一部とに面する略三角錘形状を有する隙間部が形成される。
【００７０】
また、面取り形状面３１０Ａｍ、３１０Ｂｍには墨塗りを施して反射防止を行う。小型化を進めると、面取り形状面３１０Ａｍ、３１０Ｂｍに不要光が入射して乱反射する可能性があるためである。
【００７１】
基板１３の支持面には、位置決めピン（位置決め用突部）１３ａが上方に突出するよう設けられている。この位置決めピン１３ａは上記隙間部に入り込んで、この隙間部に面したプリズム片３１０Ｂの貼り合わせ面の一部およびプリズム片Ａの面取り形状面３１０Ａｍに突き当てられる。これにより、偏光ビームスプリッター３１０の基板１３に対する位置が決定される。
【００７２】
なお、本実施形態では、偏光ビームスプリッター３１０の張り合わせ面に直交する方向の位置だけでなく、張り合わせ面方向の位置も決定される。
【００７３】
そして、本実施形態では、面取り形状面３１０Ａｍ、３１０Ｂｍが小さくて済むので、第１〜第３実施形態に比べて、偏光ビームスプリッター３１０を通る有効光束に対しより形状的・体積的に無駄のない偏光ビームスプリッター３１０とすることができる。
【００７４】
また、偏光ビームスプリッター３１０と基板１３の支持面とは接着剤により固定される。
【００７５】
本実施形態における熱膨張時の系の形状および位置変化は、第１実施形態と同様であり、図９中に破線で示す。
【００７６】
（第５実施形態）
図１０には、本発明の第５実施形態である投射型画像表示装置の色分解合成光学系の構成および偏光ビームスプリッター４１０の基板４１３に対する位置決め構造を示している。
【００７７】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００７８】
本実施形態は、上記第１〜第４実施形態のようにプリズム片に面取り形状面を設けずに偏光ビームスプリッター４１０の基板４１３に対する位置決めを行うものである。
【００７９】
４１３ａ、４１３ｂは基板４１３の支持面上に突出するよう設けられた位置決め用ピン（位置決め用突部）であり、いずれも互いに対向配置された２つの偏光ビームスプリッター４１０の間に設けられている。
【００８０】
本実施形態では、１つの偏光ビームスプリッター４１０に対して３箇所に位置決めピンが設けられており、そのうち２箇所の位置決めピン４１３ａは４つの偏光ビームスプリッター４１０の配置中心近くに設けられており、隣り合う（相互に対向する）偏光ビームスプリッター４１０と共用されている。
【００８１】
また、他の１箇所の位置決めピン４１３ｂは、各偏光ビームスプリッター４１０の外側寄りの位置に、各偏光ビームスプリッター４１０の専用ピンとして設けられている。
【００８２】
このような構成において、偏光ビームスプリッター４１０は、上記３箇所の位置決めピン４１３ａ、４１３ｂに対して片寄せされた後、基板４１３に接着される。これにより、位置決めピン４１３ａは各偏光ビームスプリッター４１０の位置と隣り合う偏光ビームスプリッター４１０間の間隔とを決める役割を果たし、位置決めピン４１３ｂはピン４１３ａのみでは阻止できない偏光ビームスプリッター４１０の基板４１３上での回転を阻止する役割を果たす。
【００８３】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター４１０に第１〜第４実施形態のような面取り形状面を形成する必要がないため、第４実施形態に比べてもさらに形状的・体積的に無駄のない偏光ビームスプリッター４１０とすることができる。
【００８４】
しかも、隣り合う偏光ビームスプリッター４１０の間に規則的にピン４１３ａ、４１３ｂを配置しているので、図１０中に破線で示すように、熱膨張時の光学系の形状変化を第１実施形態と同様に均一化することができる。
【００８５】
なお、仮に上記ピンを、隣り合う偏光ビームスプリッター間に設けたものと設けないものとを混在させると、熱膨張時に光学系さらには偏光ビームスプリッターの張り合わせ面が不均一に変化して、反射型液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの画素中心の一致は望めない。
【００８６】
（第６実施形態）
図１１には、本発明の第６実施形態である投射型画像表示装置の色分解合成光学系の構成および偏光ビームスプリッター５１０の基板５１３に対する位置決め構造を示している。
【００８７】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００８８】
本実施形態は、上記第１〜第４実施形態のようにプリズム片に面取り形状面を設けずに偏光ビームスプリッター４１０の基板４１３に対する位置決めを行うものである。
【００８９】
５１３ａ、５１３ｂは基板５１３の支持面上に突出するよう設けられた位置決めピン（位置決め用突部）であり、４つの偏光ビームスプリッター５１０を１つの群として見たときに、この偏光ビームスプリッター群の外周に設けられている。
【００９０】
本実施形態では、１つの偏光ビームスプリッター５１０に対して３箇所に位置決めピンが設けられており、そのうち２箇所の位置決めピン５１３ａは各偏光ビームスプリッター５１０の貼り合わせ面（偏光分離面）の上記外周側の端部近傍部分を挟むように設けられている。また、他の１箇所の位置決めピン５１３ｂは、各偏光ビームスプリッター５１０における上記位置決めピン５１３ａが設けられた側とは反対側の位置に設けられている。
【００９１】
このような構成において、偏光ビームスプリッター５１０は、上記３箇所の位置決めピン５１３ａ、５１３ｂに対して片寄せされた後、基板５１３に接着される。これにより、位置決めピン５１３ａ、５１３ｂは各偏光ビームスプリッター５１０の位置と隣り合う偏光ビームスプリッター５１０間の間隔を決める役割を果たす。
【００９２】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター５１０に第１〜第４実施形態のような面取り形状面を形成する必要がないため、第４実施形態に比べてもさらに形状的・体積的に無駄のない偏光ビームスプリッター５１０とすることができる。
【００９３】
しかも、偏光ビームスプリッター群の外周に規則的に位置決めピン５１３ａ、５１３ｂを配置しているので、図１１中に破線で示すように、熱膨張時の光学系の形状変化を第１実施形態と同様に均一化することができる。
【００９４】
なお、仮に上記ピンを上記のように規則的に配置しなければ、熱膨張時に光学系さらには偏光ビームスプリッターの張り合わせ面が不均一に変化して、反射型液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの画素中心の一致は望めない。
【００９５】
（第７実施形態）
図１２には、本発明の第７実施形態である投射型画像表示装置の色分解合成光学系の構成および偏光ビームスプリッター６１０の基板６１３に対する位置決め構造を示している。
【００９６】
本実施形態の基本構成は第１実施形態と同じであり、共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【００９７】
本実施形態は、上記第１〜第６実施形態のようにプリズム片に面取り形状面を設けたり、基板に位置決めピンを設けたりせずに偏光ビームスプリッター６１０の基板６１３に対する位置決めを行うものである。
【００９８】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター６１０を、まず治具で基板６１３に対して位置決めした後、接着する。
【００９９】
偏光ビームスプリッター６１０を構成する２つのプリズム片のうち所定の一方のプリズム片の底面に、互いに同一の略三角形状で同一面積の領域、すなわち同一の領域と基板６１３の支持面上との間に接着剤を配して、偏光ビームスプリッター６１０と基板６１３とを接着している。言い換えれば、接着剤を配する領域を、偏光ビームスプリッター６１０の張り合わせ面に対して規則的に設定している。
【０１００】
これにより、偏光ビームスプリッター６１０に第１〜第４実施形態のような面取り形状面を形成する必要がないため、第４実施形態に比べてもさらに形状的・体積的に無駄のない偏光ビームスプリッター６１０とすることができる。
【０１０１】
しかも、４つの偏光ビームスプリッター６１０に規則的に接着領域を設定しているため、図１２中に破線で示すように、熱膨張時の光学系の形状変化を第１実施形態と同様に均一化することができる。
【０１０２】
なお、仮に接着領域を規則的に設定しなければ、熱膨張時に光学系さらには偏光ビームスプリッターの張り合わせ面が不均一に変化して、反射型液晶表示素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの画素中心の一致は望めない。
【０１０３】
（第８実施形態）
図１３には、本発明の第８実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系の構成を示している。なお、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【０１０４】
本実施形態では、第１実施形態に比して、１個の偏光ビームスプリッター１０と、Ｇ光の偏光方向を９０°変換してＲ、Ｂの光の偏光方向を変換しない色選択性位相差板９Ｇとを廃し、その代わりにダイクロイックミラー１６を配している。
【０１０５】
また、第１実施形態に比して、Ｇ光用の反射型液晶表示素子１１Ｇと１つの１／４板１２の配置が異なる。すなわち、本実施形態は、Ｇ光のみを分離する機能の置き換えをしたものである。
【０１０６】
本実施形態では、ダイクロイックミラー１６と３つの偏光ビームスプリッター１０’とにより色分解合成光学系が構成されるが、この色分解合成光学系における偏光ビームスプリッター１０’の基板１３’に対する位置決め方法には、第１〜第７実施形態にて説明した位置決め方法を適用することができる。
【０１０７】
但し、ダイクロイックミラー１６のみ他のプリズムと形状が異なるため、熱膨張時の光学系の形状変化も異なってくる。しかし、ダイクロイックミラー１６は色分離を行うだけであるので、このダイクロイックミラー１６がダイクロイック膜面方向に位置変化しなくても、画素中心のずれにはほとんど影響しない。
【０１０８】
なお、ダイクロイックミラー１６がダイクロイック膜面方向にのみ変化するような基板１３’への位置決め固定方法を用いることにより、照明範囲を狭めることが可能となり、光量損失を抑えることができる。熱膨張時に形状変化した状態は、図１３中に破線で示している。
【０１０９】
（第９実施形態）
図１４には、本発明の第９実施形態である投射型画像表示装置に備えられる画像表示光学系の構成を示している。
【０１１０】
７０１は連続スペクトルで白色光を発光する光源、７０２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、７０３は光路を曲げる第１の反射ミラーである。
【０１１１】
また、７０４は第１のフライアイレンズ７０２の個々のレンズに対応した第２のフライアイレンズ、７０５は無偏光光を偏光光に揃える偏光変換素子、７０６はコンデンサーレンズ、７０７は光路を曲げる第２の反射ミラー、７０８はフィールドレンズである。
【０１１２】
７０９ＧはＧ（緑）の光の偏光方向を９０°変換し、Ｒ（赤）・Ｂ（青）の光の偏光方向を変換しない第１の色選択性位相差板である。７０９ＲはＲの光の偏光方向を９０°変換し、Ｂの光の偏光方向を変換しない第２の色選択性位相差板である。
【０１１３】
７１０はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッター（光学素子）であり、本実施形態では、４つの偏光ビームスプリッター７１０を用いて色分解合成光学系を構成している。
【０１１４】
７１１Ｇ、７１１Ｂ、７１１Ｒはそれぞれ、入射光を反射するとともに画像変調して画像を表示するＧ光用の反射型液晶表示素子、Ｂ光用の反射型液晶表示素子およびＲ光用の反射型液晶表示素子である。
【０１１５】
なお、これら反射型液晶表示素子７１１Ｇ、７１１Ｂ、７１１Ｒには不図示の駆動回路が接続されており、この駆動回路には、不図示のパーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオ、ＤＶＤ等の画像情報供給装置から画像情報が供給される。駆動回路はその画像情報に基づいて反射型液晶表示素子を駆動し、各色用の画像を表示させる。
【０１１６】
７１２は１／４波長板、７１３は偏光ビームスプリッター１０を搭載する基板である。７１４は投射レンズであり、７１５は光源７０１を冷却するファンである。
【０１１７】
この画像表示光学系において、光源７０１から射出した照明光は、第１のフライアイレンズ７０２、第１の反射ミラー７０３、第２のフライアイレンズ７０４、偏光変換素子７０５、コンデンサーレンズ７０６、第２の反射ミラー７０７、フィールドレンズ７０８および第１の色選択性位相差板７０９Ｇを通って色分解合成光学系に入射する。
【０１１８】
色分解合成光学系においては、図中の右下の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面で照明光のうちＧ光が透過し、Ｒ、Ｂ光が反射される。Ｇ光はさらに図中の右上の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面および１／４波長板７１２を透過してＧ光用の反射型液晶表示素子７１１Ｇに入射する。反射型液晶表示素子７１１Ｇで変調されたＧ光は、右上の偏光ビームスプリッター７１０に再度入射してその偏光分離面で反射され、図中の左上の偏光ビームスプリッター７１０に入射してその偏光分離面で投射レンズ７１４側に反射される。
【０１１９】
右下の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面で反射されたＲ、Ｂ光のうちＲ光は、図中の左下の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面および１／４波長板７１２を透過してＲ光用の反射型液晶表示素子７１１Ｒに入射する。反射型液晶表示素子７１１Ｒで変調されたＲ光は、左下の偏光ビームスプリッター７１０に再度入射してその偏光分離面を透過する。
【０１２０】
また、右下の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面で反射されたＲ、Ｂ光のうちＢ光は、図中の左下の偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面で反射され、１／４波長板７１２を透過してＢ光用の反射型液晶表示素子７１１Ｂに入射する。反射型液晶表示素子７１１Ｂで変調されたＢ光は、左下の偏光ビームスプリッター７１０に再度入射してその偏光分離面で反射される。これにより、変調されたＲ光とＢ光とが合成される。
【０１２１】
そして、これらＲ、Ｂ光は図中の左上の偏光ビームスプリッター７１０に入射してその偏光分離面を透過して投射レンズ７１４側に進む。これにより、変調されたＧ光と変調されたＲ、Ｂ光とが合成されて投射レンズ７１４により不図示のスクリーン（被投射面）に投射され、スクリーン上にカラー画像が表示される。
【０１２２】
次に、図１５を併せ用いて偏光ビームスプリッター７１０の基板７１３に対する位置決め固定方法について説明する。なお、図１５は上記画像表示光学系のうち色分解合成光学系の側面図であり、基板７１３として、偏光ビームスプリッター７１０の上下に設けられた上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄを示している。
【０１２３】
偏光ビームスプリッター７１０は、内部が光学硝子等の光学媒質により満たされた２つのプリズム片を貼り合わせて構成されており、一方の貼り合わせ面には多層膜からなる偏光分離面が形成されている。
【０１２４】
本実施形態では、４つの偏光ビームスプリッター７１０は、それぞれの偏光分離面が基板７１３（上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄ）の支持面上の中心に向かって延びるように配置されている。
【０１２５】
そして、上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄの支持面上における上記４つの偏光ビームスプリッター７１０の偏光分離面を基板中心方向に延長した線が交わる位置（以下、この位置を中心という）の付近には略円形状に接着剤が塗布されている。
【０１２６】
４つの偏光ビームスプリッター７１０の上下面における上記中心寄りの領域は上記接着剤によって上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄに接着される。
【０１２７】
また、反射型液晶表示素子７１１Ｇ、７１１Ｂ、７１１Ｒは、それぞれが近接する偏光ビームスプリッタ−７１０に対して治具を用いて位置決めし、上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄ基板７１３に接着固定する。
【０１２８】
本実施形態によれば、上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄに位置決めピン等を設ける必要がなく、これに伴い偏光ビームスプリッター７１０にも位置決め用突部等を受ける形状を形成する必要がない。このため、偏光ビームスプリッター７１０を形状的・体積的に無駄のないものとすることができる。
【０１２９】
また、熱により光学系が膨張した場合を図１４に破線で示している。この図１４から分かるように、熱膨張時の基板７１３（つまりは光学系）の形状変化は上記延長線が交わる位置を中心とした放射状にかつ均一なものとなる。そして、偏光ビームスプリッター７１０が基板７１３の膨張により位置がずれても、偏光ビームスプリッター７１０の張り合わせ面（偏光分離面）はこの張り合わせ面の延長方向にずれるだけなので、偏光分離面での反射光に影響を与えない。
【０１３０】
また、反射型液晶表示素子７１１Ｂ、７１１Ｒの位置は偏光ビームスプリッター７１０の張り合わせ面を中心とした対称的位置にずれるが、画素中心軸は結果的に一致する。同様に、反射型液晶表示素子７１１Ｇは、その画素中心軸が反射型液晶表示素子７１１Ｂ、７１１Ｒの画素中心軸と一致する位置にずれるで、結果としてＲＧＢの各光軸は一致する。したがって、投射画像の画素ずれが防止される。
【０１３１】
上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄの各支持面における接着剤を塗布する範囲には、浅い凹部７１３Ｕ−１、７１３Ｄ−１が形成されている。これら凹部７１３Ｕ−１、７１３Ｄ−１内に接着剤を塗布することにより、接着剤の塗布範囲を確実かつ容易に規定することができる。
【０１３２】
なお、本実施形態では、接着剤を塗布する範囲に凹部を形成した場合について説明したが、これに代えて、低い凸部を形成してもよい。
【０１３３】
ところで、上記中心付近のみに接着剤を塗布しただけでは耐衝撃性に問題が残る場合も考えられる。この場合には、上記中心付近の領域にはＵＶ接着剤などの硬化後弾性を有さない非弾性接着剤を用い、その他の周辺部にシリコン系やゴム系の硬化後も弾性を有する弾性接着材を用いて接着するようにしてもよい。
【０１３４】
この場合、上基板７１３Ｕおよび下基板７１３Ｄの支持面における上記凹部以外の領域に弾性接着材を塗布する。
【０１３５】
（第１０実施形態）
図１６には、本発明の第１０実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系の構成を示している。なお、第９実施形態と共通する構成要素には第９実施形態と同符号を付して説明に代える。
【０１３６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター７１０と色選択性位相差板７０９Ｒ、７０９Ｄとを貼り合わせた点が第９実施形態と異なる。これにより、偏光ビームスプリッター７１０間の位置ずれが低減される。
【０１３７】
但し、色選択性位相差板７０９Ｄは色選択性の機能を有さないダミーの光学部材である。
【０１３８】
図１６中に破線で示すように、熱膨張時の光学系の形状変化は第９実施形態と同様である。但し、偏光ビームスプリッター７１０の位置は、色選択性位相差板７０９Ｒ、７０９Ｄとの貼り合わせによって変化しない。
【０１３９】
（第１１実施形態）
図１７には、本発明の第１１実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系の構成を示している。なお、第８実施形態と共通する構成要素には第８実施形態と同符号を付して説明に代える。
【０１４０】
本実施形態では、第８実施形態に比して、１個の偏光ビームスプリッター７１０と、Ｇ光の偏光方向を９０°変換してＲ、Ｂの光の偏光方向を変換しない色選択性位相差板７０９Ｇとを廃し、その代わりにダイクロイックミラー７１６を配している。
【０１４１】
また、第８実施形態に比して、Ｇ光用の反射型液晶表示素子７１１Ｇと１つの１／４板７１２の配置が異なる。すなわち、本実施形態は、Ｇ光のみを分離する機能の置き換えをしたものである。
【０１４２】
本実施形態では、ダイクロイックミラー７１６と３つの偏光ビームスプリッター７１０’とにより色分解合成光学系が構成されるが、この色分解合成光学系における偏光ビームスプリッター７１０’の基板７１３’に対する位置決め方法には、第８実施形態にて説明した位置決め方法を適用することができる。
【０１４３】
但し、ダイクロイックミラー７１６のみ他のプリズムと形状が異なるため、熱膨張時の光学系の形状変化も異なってくる。しかし、ダイクロイックミラー７１６は色分離を行うだけであるので、このダイクロイックミラー７１６がダイクロイック膜面方向に位置変化しなくても、画素中心のずれにはほとんど影響しない。
【０１４４】
なお、ダイクロイックミラー７１６がダイクロイック膜面方向にのみ変化するような基板７１３’への位置決め固定方法を用いることにより、照明範囲を狭めることが可能となり、光量損失を抑えることができる。熱膨張時に形状変化した状態は、図１７中に破線で示している。
【０１４５】
（第１２実施形態）
図１８には、本発明の第１２実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系の構成を示している。なお、第１１実施形態と共通する構成要素には第１１実施形態と同符号を付して説明に代える。
【０１４６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター７１０と色選択性位相差板７０９Ｒ、７０９Ｄとを貼り合わせた点が第１１実施形態と異なる。これにより、偏光ビームスプリッター７１０間の位置ずれが低減される。
【０１４７】
但し、色選択性位相差板７０９Ｄは色選択性の機能を有さないダミーの光学部材である。
【０１４８】
図１８中に破線で示すように、熱膨張時の光学系の形状変化は第１１実施形態と同様である。
【０１４９】
なお、上記各実施形態では、偏光ビームスプリッターの基板に対する位置決め固定方法について説明したが、本発明は、偏光ビームスプリッター以外のプリズム状の光学素子（特に、光学素子片を貼り合わせて構成されるもの）、例えばダイクロイックプリズムの基板への固定にも適用することができる。
【０１５０】
また、上記各実施形態では、投射型画像表示装置の光学系について説明したが、本発明は投射型画像表示装置以外の光学機器の光学系にも適用することができる。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本願第１の発明によれば、光学素子を大型化させたり重量を増加させたりすることなく、また光学素子を通る有効光束を遮ることなく、第２の光学素子片の貼り合わせ面の一部を露出させることができるので、この露出部分や面取り形状面を利用して光学素子の基板部材に対する精度の高い位置決めを行うことができる。しかも、双方の光学素子片の作り分けを最小限に留めて、製造コストの増加を抑えることができる。
【０１５２】
さらに、基板部材の形状を簡素化して、熱膨張時の基板部材の形状変化を均一とすることができる。したがって、この光学系を投射型画像表示装置に用いた場合には、熱膨張による表示画像の画素ずれの発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の関連技術例としての第１実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【図２】  上記第１実施形態における偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図３】  上記第１実施形態における偏光ビームスプリッターの位置決め構造を説明する図。
【図４】  本発明の実施形態としての第２実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図５】  上記第２実施形態における偏光ビームスプリッターの位置決め構造を説明する図。
【図６】  本発明の実施形態としての第３実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図７】  上記第３実施形態における偏光ビームスプリッターの位置決め構造を説明する図。
【図８】  本発明の関連技術例としての第４実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図９】  上記第４実施形態における偏光ビームスプリッターの位置決め構造を説明する図。
【図１０】  本発明の関連技術例としての第５実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図１１】  本発明の関連技術例としての第６実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図１２】  本発明の関連技術例としての第７実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系に含まれる偏光ビームスプリッターの基板上での配置を説明する図。
【図１３】  本発明の関連技術例としての第８実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【図１４】  本発明の関連技術例としての第９実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【図１５】  上記第９実施形態における色分解合成光学系の側面図。
【図１６】  本発明の関連技術例としての第１０実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【図１７】  本発明の関連技術例としての第１１実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【図１８】  本発明の関連技術例としての第１２実施形態である投射型画像表示装置の画像表示光学系を説明する図。
【符号の説明】
１，７０１ 光源
２，７０２ 第１フライアイレンズ
３，７０３ 第１の反射ミラー
４，７０４ 第２フライアイレンズ
５，７０５ 偏光変換素子
６，７０６ コンデンサーレンズ
７，７０７ 第２の反射ミラー
８，７０８ フィールドレンズ
９（Ｒ，Ｇ），７０９（Ｒ，Ｇ，Ｄ） 色選択性位相差板
１０，１０’，７１０ 偏光ビームスプリッター
１１（Ｒ，Ｇ，Ｂ），７１１（Ｒ，Ｇ，Ｂ） 反射型液晶表示素子
１２，７１２ １／４波長板
１３，１３’，７１３，７１３’ 基板
１４，７１４ 投射レンズ
１５，７１５ ファン
１６，７１６ ダイクロイックミラー
【図１】
0004035307.tif 000002
【図２】
0004035307.tif 000003
【図３】
0004035307.tif 000004
【図４】
0004035307.tif 000005
【図５】
0004035307.tif 000006
【図６】
0004035307.tif 000007
【図７】
0004035307.tif 000008
【図８】
0004035307.tif 000009
【図９】
0004035307.tif 000010
【図１０】
0004035307.tif 000011
【図１１】
0004035307.tif 000012
【図１２】
0004035307.tif 000013
【図１３】
0004035307.tif 000014
【図１４】
0004035307.tif 000015
【図１５】
0004035307.tif 000016
【図１６】
0004035307.tif 000017
【図１７】
0004035307.tif 000018
【図１８】
0004035307.tif 000019