(57)【要約】【課題】簡単な構成であっても高い精度で光学補償を行うことができる光学部品、光学ユニットおよび表示装置を提供すること。【解決手段】本発明は、入射した光を液晶によって変調し反射させる反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの光入出射側に配置される光学補償素子１４とを備える光学部品であり、光学補償素子１４が光の軸に垂直な面に対して液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されているものである。【選択図】図１
2009229804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を液晶によって変調し反射させる反射型光変調素子と、
前記光変調素子の光入出射側に配置される光学補償素子とを備える光学部品において、
前記光学補償素子が前記光の軸に垂直な面に対して前記液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されている
ことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
前記光学補償素子が前記光の軸を中心として前記液晶の位相差を打ち消す方向に回転して配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の光学部品。
【請求項３】
前記光学補償素子は面内位相差を有するものである
ことを特徴とする請求項１または２記載の光学部品。
【請求項４】
光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した反射型光変調素子へ導き、各反射型光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットにおいて、
前記反射型光変調素子の光入出射側に配置される光学補償素子が、前記光の軸に垂直な面に対して前記液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されている
ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
前記光学補償素子が前記光の軸を中心として前記液晶の位相差を打ち消す方向に回転して配置されている
ことを特徴とする請求項４記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光学補償素子は面内位相差を有するものである
ことを特徴とする請求項４または５記載の光学ユニット。
【請求項７】
光源と、
前記光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した反射型光変調素子へ導き、各反射型光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットと、
前記光学ユニットによって合成された光を投射する投射光学系とを備える表示装置において、
前記光学ユニットは、
前記反射型光変調素子の光入出射側に光学補償素子を備えており、
前記光学補償素子が前記光の軸に垂直な面に対して前記液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
前記光学補償素子が前記光の軸を中心として前記液晶の位相差を打ち消す方向に回転して配置されている
ことを特徴とする請求項７記載の表示装置。
【請求項９】
前記光学補償素子は面内位相差を有するものである
ことを特徴とする請求項７または８記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を液晶によって変調し反射させる反射型光変調素子を備える光学部品、光学ユニットおよび表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、照明装置と、照明装置によって照明される光変調素子と、光変調素子の像を結像させる投影レンズとを備えた表示装置（投射型画像表示装置）が提案されている。これらの中には、光源として放電ランプを用い、画像変調素子としては透過型液晶素子やＤＭＤ（digital micromirror device）が多く用いられており、デバイス、光学系とも、さまざまな改良が重ねられてきている。さらに近年では、より高解像度な反射型液晶素子を用いた投射型画像表示装置も実用化されている。
【０００３】
ここで、投射型画像表示装置では、白色光を出射する光源を有し、光源からの白色光をダイクロイックミラーで、赤、緑、青の３色に色分離し、それぞれの色に対応して光変調素子を照明する。そして、光変調素子で変調された後、各色変調光がクロスプリズムなどの色合成手段で合成され、投影レンズによりスクリーン上に投影される。
【０００４】
図１６は、投影型画像表示装置の概略構造を説明する模式図である。この投影型画像表示装置において、超高圧水銀ランプ等の光源１の発光部はリフレクタの焦点位置に配置されており、光源１から出射した光はリフレクタで反射することによりほぼ平行な光となり、第１のインテグレータレンズ２および第２のインテグレータレンズ３に入射される。これらのインテグレータレンズ２、３は、後に液晶表示装置である反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに入射する光の照度を均一化する効果をもつ。
【０００５】
インテグレータレンズ２、３を出射した光束は偏光ビームスプリッタ４に入射し、ここで所定の偏光方向の光に偏光される。偏光ビームスプリッタ４を出射した光はコンデンサーレンズ５に入射し集光される。コンデンサーレンズ５を出射した白色光はダイクロイックミラー６によって分離される。
【０００６】
例えば、ダイクロイックミラー６では赤色波長帯域の光は透過し、緑色波長帯域、青色波長大域の光は反射する。透過した赤色波長帯域の光は反射ミラー８、フィールドレンズ９を透過した後、反射型偏光子１０に入射し、反射型光変調素子１１Ｒを照明する。
【０００７】
一方、ダイクロイックミラー６で反射した光は、ダイクロイックミラー７に入射する。ここで、青色波長帯域の光は透過し、緑色波長帯域の光は反射する。分離した光束はフィールドレンズ９、反射型偏光子１０にそれぞれ入射し、反射型光変調素子１１Ｇ、１１Ｂを照明する。
【０００８】
反射型光変調素子１１Ｇ、１１Ｂで光変調された各色光は再度反射型偏光子１０に入射し、変調の度合いにより、一部は透過して光源１の方向に戻り、一部は反射して色合成プリズム１２に入射する。色合成プリズム１２では緑色波長帯域の光は透過し、赤色、青色波長帯域の光は反射するように構成されており、各色の光束は合成されて投影レンズ１３に入射し、所定の倍率に拡大されてスクリーン（図示せず）に映像を映し出す。
【０００９】
近年、投射型画像投影装置においては、コントラスト特性や視野角特性を改善するために、位相差素子を用いた光学補償技術が用いられている。例えば、垂直配向液晶における黒輝度補正では、垂直配向液晶における無電圧印加状態（黒状態）で液晶分子が垂直に配光しており、この場合、反射型光変調素子に垂直に入射した光束は複屈折を生じない。そのため、反射型偏光子に入射し所定の直線偏光とされた光束の偏光は乱れることなく、再び反射型偏光子に入射、透過し、スクリーンに光が漏れることはない。
【００１０】
しかし、反射型光変調素子に所定の角度を持って入射した光に対しては複屈折を生じるため、直線偏光として反射型光変調素子に入射した光束は楕円偏光となり、その結果、再び反射型偏光子に入射した光の一部がスクリーンに到達し、コントラスト悪化の原因となる。
【００１１】
さらに、横電界による液晶分子の配光乱れの抑制や、液晶分子の応答速度の改善のため、液晶分子を反射型光変調素子の面に対し所定の角度（プレチルト角）傾けることが提案されており、その場合は、反射型光変調素子に垂直に入射した光束も複屈折により偏光状態が乱され、コントラスト悪化の原因となる。
【００１２】
そこで、以上に述べた偏光の乱れを補償し、最適な偏光状態を実現する方法として、種々方式が提案されている。例えば、複屈折を有する単結晶、例えば、水晶やサファイヤなどの光学補償素子を反射型光変調素子の面と平行に設置して位相差補償を行う方法や、高分子フィルム、液晶ポリマー等の複屈折を有する有機材料などを同じく反射型光変調素子の面と平行に設置して位相差補償を行う方法が考えられている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１７２９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０１７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、光学補償素子として単結晶を加工する方法を用いる場合、特に液晶のプレチルト角度までをも考慮して補償しようとしたとき、結晶軸に対して所定の角度で切り出す必要が生じ、材料（単結晶）の切り出し、研磨等に非常に高い精度が必要となり実用的ではない。また、高分子系のフィルムを用いて液晶分子のプレチルト角度をも含めて補償しようとすると、２軸の位相差フィルムや、複数枚の位相差フィルムを組みあせて作る必要がある。この方法では比較的に容易に対応できる方法であるものの、広視野角にて光学補償することが困難である。また、液晶ポリマーを材料にした場合についても、設計自由度は高いが、製造プロセスが困難であるという問題が挙げられる。
【００１５】
よって、本発明は、簡単な構成であっても高い精度で光学補償を行うことができる光学部品、光学ユニットおよび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】
【００１６】
本発明は、入射した光を液晶によって変調し反射させる反射型光変調素子と、反射型光変調素子の光入出射側に配置される光学補償素子とを備える光学部品であり、光学補償素子が光の軸に垂直な面に対して液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されているものである。
【００１７】
このような本発明では、液晶と同一特性で逆符号となる光学補償素子を光軸に垂直な面に対して傾けることにより、液晶のプレチルト角度に起因する位相差を補償できるようになる。光学補償素子の傾斜角度は液晶のプレチルト角度に応じて決定されるが、例えば０度より大きく８度程度以下である。
【００１８】
また、この光学補償素子として、光の軸を中心として液晶の位相差を打ち消す方向に回転し配置されたものでもある。ここで、光学補償素子としては、面内位相差を有するものを用いている。
【００１９】
また、本発明は、光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した反射型光変調素子へ導き、各反射型光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットであり、光変調素子の光入出射側に配置される光学補償素子が、光の軸に垂直な面に対して液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されているものである。
【００２０】
このような本発明では、液晶と同一特性で逆符号となる光学補償素子を光軸に垂直な面に対して傾けることにより、液晶のプレチルト角度に起因する位相差を補償できる光学ユニットを提供できるようになる。光学補償素子の傾斜角度は液晶のプレチルト角度に応じて決定されるが、例えば０度より大きく８度程度以下である。
【００２１】
また、この光学補償素子として、光の軸を中心として液晶の位相差を打ち消す方向に回転し配置されたものでもある。ここで、光学補償素子としては、面内位相差を有するものを用いている。光学補償素子の回転角度は例えば−５度から５度の間である。
【００２２】
また、本発明は、光源と、光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した反射型光変調素子へ導き、各反射型光変調素子で変調された光を合成する光学ユニットと、光学ユニットによって合成された光を投射する投射光学系とを備える表示装置であり、光学ユニットとして、光変調素子の光入出射側に光学補償素子を備えており、光学補償素子が光の軸に垂直な面に対して液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されているものである。
【００２３】
このような本発明では、液晶と同一特性で逆符号となる光学補償素子を光軸に垂直な面に対して傾けることにより、液晶のプレチルト角度に起因する位相差を補償できる表示装置を提供できるようになる。光学補償素子の傾斜角度は液晶のプレチルト角度に応じて決定されるが、例えば０度より大きく８度程度以下である。
【００２４】
また、この光学補償素子として、光の軸を中心として液晶の位相差を打ち消す方向に回転し配置されたものでもある。光学補償素子の回転角度は例えば−５度から５度の間である。ここで、光学補償素子としては、面内位相差を有するものを用いている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、垂直配向方式の液晶による反射型光変調素子を用いた光学部品、光学ユニットおよび表示装置において、光学補償素子を傾けるだけの簡単な構成でありながら光束の位相差を制御して、画像表示におけるコントラストを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００２７】
＜表示装置の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る表示装置の構成を説明する模式図である。本実施形態の表示装置は、主として投射型画像表示装置として適用されるもので、超高圧水銀ランプ等の光源１、光源１からの光に照明され照明された光を変調する反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、所定の偏光状態を実現する反射型偏光子１０、投影レンズ１３を備えており、反射型偏光子１０と反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂとの間に本発明の主要構成である光学補償素子１４が設けられている。
【００２８】
このうち、本発明の光学部品は、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと光学補償素子１４とによって構成され、本発明の光学ユニットは、光源１から照射された光を複数の色に分光する光学系と、各色に対応した反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、各反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂで変調された光を合成する光学系と、光学補償素子１４とを備えた構成となっている（本実施形態では、図１における光源１以外の構成が光学ユニットとなっている。）。
【００２９】
光源１の発光部はリフレクタの焦点位置に配置されており、光源１から出射した光はリフレクタで反射することによりほぼ平行な光となって第１のフライアイレンズ２および第２のフライアイレンズ３に入射する。第１のフライアイレンズ２および第２のフライアイレンズ３は、後に反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに入射する光の照度を均一化する効果を有する。第１および第２フライアイレンズ２、３を出射した光束は偏光ビームスプリッタ４に入射し、ここで所定の偏光方向の光に偏光される。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ４を出射した光はコンデンサーレンズ５に入射し集光される。コンデンサーレンズ５を出射した白色光は後段に配置される複数種類のダイクロイックミラー６によって各色に分離される。例えば、ダイクロイックミラー６では赤色波長帯域の光は透過し、緑色波長帯域、青色波長大域の光は反射する。透過した赤色波長帯域の光は反射ミラー８、フィールドレンズ９を透過した後、反射型偏光子１０に入射し、反射型光変調素子１１Ｒを照明する。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラー６で反射した光は、ダイクロイックミラー７に入射する。ここで、青色波長帯域の光は透過し、緑色波長帯域の光は反射する。ダイクロイックミラー７で反射した緑色波長帯域の光はフィールドレンズ１０、反射型偏光子１０に入射し、反射型光変調素子１１Ｇを照射する。また、ダイクロイックミラー７を透過した青色波長帯域の光はフィールドレンズ９、反射型偏光子１０にそれぞれ入射し、反射型光変調素子１１Ｂを照明する。
【００３２】
反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂとして本実施形態では液晶素子を用いており、特に垂直配向方式の液晶を用いた液晶パネルを適用している。各色に対応した反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂで光変調された各色光は再度反射型偏光子１０に入射し、変調の度合いにより、一部は透過して光源１の方向に戻り、一部は反射して色合成プリズム１２に入射する。
【００３３】
色合成プリズム１２では緑色波長帯域の光は透過し、赤色、青色波長帯域の光は反射するように構成されており、各色の光束は合成されて投影レンズ１３に入射し、所定の倍率に拡大されてスクリーン（図示せず）に映像を映し出す。
【００３４】
ここで、各色に対応した反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと反射型偏光子１０との間に複屈折を有する光学素子がない場合、例え黒表示時であっても液晶分子のわずかな位相差によって偏光状態が変わり、楕円偏光成分が生じる。そのため、コントラストの低下といった問題が生じることになる。そこで、本実施形態では、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと反射型偏光子１０との間に板状の光学補償素子１４を配置している。
【００３５】
この光学補償素子１４としては、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと同じ平面に平行に設置することで、液晶分子によって生じていた位相差を打ち消すことができるようになっている。
【００３６】
さらに、本実施形態では、光学補償素子１４を光の軸（光軸）と垂直な面、すなわち反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの平面に対して所定の角度傾斜させた状態で配置している。この傾斜によって、液晶の位相差のうちプレチルト角度によって生じる位相差を打ち消すことができる。光学補償素子１４の傾斜角度は液晶のプレチルト角度に応じて決定されるが、例えば０度より大きく８度程度以下である。
【００３７】
本実施形態では、必要に応じて光学補償素子１４として面内位相差を有するものを用い、光学補償素子１４が光軸を中心に所定角度回転して配置されている。この回転によって、液晶の位相差を打ち消すことができる。光学補償素子１４の回転角度は例えば−５度から５度の間である。なお、面内位相差を有する光学補償素子１４としては、高分子フィルム、液晶ポリマー等の複屈折を有する有機材料を用いる場合のほか、無機材料の積層構造を用いたものであってもよい。
【００３８】
光学補償素子１４の傾斜や回転を行うには、予め設定された傾斜角度や回転角度に固定して取り付けられるよう光学補償素子１４の位置決め枠部材を用いたり、位置決め枠材に対して光学補償素子１４の傾斜角度や回転角度を調整可能にする機構を用いてもよい。
【００３９】
図１に示す本実施形態の表示装置では、各色の反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに対応した各光学補償素子１４の全てについて傾斜や回転を行うよう配置しているが、必要に応じて各色のうち少なくとも一つの色に対応した光学補償素子１４について傾斜や回転を行うよう配置されていてもよい。
【００４０】
＜光学ユニット＞
図２は、光学ユニットの外観を説明する図である。本実施形態に係る光学ユニット１０００Ｕは、光源から照射された光を複数の色に分光する光学系と、各色に対応した反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、各反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂで変調された光を合成する光学系と、光学補償素子１４とを備えており、一つのまとまった部材としてパッケージ化された構成となっている。本実施形態では、パッケージ内に、図１に示す光源以外の光学部品が光軸合わせされた状態で組み込まれている。
【００４１】
この光学ユニットにおいて、本実施形態では、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの光入出射側に配置される光学補償素子１４が、光軸と垂直な面、すなわち反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの平面に対して所定の角度傾斜させた状態で配置している。この傾斜によって、液晶の位相差のうちプレチルト角度によって生じる位相差を打ち消すことができる。光学補償素子１４の傾斜角度は液晶のプレチルト角度に応じて決定されるが、例えば０度より大きく８度程度以下である。
【００４２】
また、本実施形態の光学ユニットでは、必要に応じて光学補償素子１４として面内位相差を有するものを用い、光学補償素子１４が光軸を中心に所定角度回転して配置されている。この回転によって、液晶の位相差を打ち消すことができる。光学補償素子１４の回転角度は例えば−５度から５度の間である。なお、面内位相差を有する光学補償素子１４としては、高分子フィルム、液晶ポリマー等の複屈折を有する有機材料を用いる場合のほか、無機材料の積層構造を用いたものであってもよい。
【００４３】
このような光学ユニットを用いることで、表示装置を構成する際には表示装置の筐体内にこの光学ユニットを組み込むだけで容易に製品化することが可能となる。
【００４４】
＜光学部品＞
本実施形態に係る光学部品は、反射型光変調素子と光学補償素子とによって構成され、光学補償素子を反射型光変調素子に対して所定角度傾斜できる傾斜調整機構や、回転角度を調整できる面内回転量（位相差量）調整機構を備えたものとなっている。光学部品は、上記説明した表示装置や光学ユニットに適用される。なお、表示装置以外であっても光学補償精度が要求される光学装置に適用することも可能である。
【００４５】
図３は、本実施形態に係る光学部品の構成を説明する模式図である。本実施形態の光学部品は、入射した光を液晶によって変調し反射させる反射型光変調素子１１（図１では、反射型光変調素子１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの少なくとも一つに対応）と、反射型光変調素子１１の光入出射側に配置される光学補償素子１４とを備えており、この光学補償素子１４が光の軸に垂直な面に対して液晶の位相差を打ち消す方向に傾いて配置されている。このように光学補償素子１４が傾いて配置されていることで、反射型光変調素子１１の液晶によって生じる位相差（複屈折）を打ち消すことができる。したがって、本実施形態の光学部品を表示装置に適用することで、コントラストの高い画像を表示できるようになる。
【００４６】
ここで、本実施形態における光学補償素子１４により反射型光変調素子１１の液晶によって生じる複屈折を打ち消すことができ、コントラストの高い画像を表示することができる作用について説明する。
【００４７】
本実施形態の光学部品では、反射型光変調素子１１の液晶として垂直配向型液晶を利用している。反射型光変調素子１１の面に対し垂直な方向に光学軸をもつ液晶を考えた場合、反射型光変調素子１１の面に対して垂直に入射する光線に対しては位相差を与えない。
【００４８】
しかし、斜めから入射した光線に対しては位相差が生じることになり、結果として黒表示時の光漏れを起こし、コントラストの低下が発生する。斜めからの光線に対して生じる位相差を消失させるためには、液晶と同一特性で逆符号の位相差素子を反射型光変調素子１１と反射型偏光子１０との間に配置すればよい。
【００４９】
仮に液晶が光学軸を反射型光変調素子１１の面に垂直な方向に持ち、理想的な正１軸特性の場合、配置する位相差素子（光学補償素子）は、光学軸を反射型光変調素子１１の面に垂直な方向に持つ負の１軸複屈折素子を光学補償素子１４とすればよい。さらに実際のマクロな視点から見ると、２軸複屈折素子を光学補償素子１４として用いても、十分な光学補償効果を期待できる。
【００５０】
ここで、一般的に垂直配向液晶では、駆動電圧を印加した際に液晶分子の駆動方向を所定の方向に導くため、予め配向処理が施されており、電圧を印加していない状態においても、液晶分子の光学軸は反射型光変調素子１１の垂線に対して傾き角度（プレチルト角）を持っている。この場合、理想的には先に説明した負の１軸を有する光学補償素子１４の光学軸も液晶分子のプレチルト角度同等に傾ければ、垂直入射・斜め入射を問わず位相差を生じなくする、もしくは位相差を非常に小さくでき、結果として表示される画像のコントラスト比を増加させることが可能となる。実際には、２軸複屈折素子を傾斜させることでも十分な光学補償効果を得られる。
【００５１】
本実施形態では、光学部品に用いる光学補償素子１４として、反射型液晶素子１１に対して、ある角度θで設置すること、および傾斜調整、面内回転量（位相差量）調整を行う機構部品を備えている。傾斜調整、面内回転量（位相差量）調整の機構によって光学補償素子１４を反射型光変調素子１１の面に対して傾斜、回転させることで、液晶分子のプレチルト角度に応じて生じる位相差を打ち消すことが可能となる。
【００５２】
光学補償素子１４の傾斜角度量は、反射型光変調素子１１の液晶分子配向方向による所望の性能に応じて決定される。具体的には、例えば０度より大きく８度程度以下である。その一方、光学補償素子１４の傾斜角度を大きくしていくほど非点収差量が大きくなり、画品質低下を招く場合もある。計算上で、焦点深度に対する非点収差量の程度が十分に小さければ、光学補償素子１４の傾斜角度の影響を無視することができる。そこで、色合成プリズム１２の入射側にその画質劣化分の光学補正を与えるべく、透明基材による構造を付加して光学補償素子１４の発生する非点収差量を緩和するような構造を光学系に取り入れるようにしてもよい。
【００５３】
図４は、光学補償素子の配置における傾斜を説明する模式斜視図である。図４では、図２における反射型光変調素子１１、反射型偏光子１０、光学補償素子１４の一つの組みと色合成プリズム１２との位置関係を示している。図示するｘ，ｙ，ｚの各軸は、反射型光変調素子１１の面を基準としたもので、反射型光変調素子１１の面の一方向に沿った軸をｘ軸、反射型光変調素子１１の面に沿ったｘ軸と直交する軸をｙ軸、反射型光変調素子１１の面と垂直な軸、すなわち光軸をｚ軸としている。
【００５４】
光学補償素子１４は、ｚ軸方向に沿って所定の間隔で配置される反射型光変調素子１１と反射型偏光子１０との間に配置されている。図４に示す光学補償素子１４の配置では、反射型光変調素子１１の面、すなわちｘ−ｙ平面と平行な面に対して角度θ傾斜して配置されている。つまり、光学補償素子１４はｙ軸を回転中心として角度θだけ傾いた状態で配置されている。傾斜角度θは、反射型光変調素子１１の液晶分子のプレチルト角度に応じた量となっており、これにより液晶のプレチルト角度によって生じる位相差を打ち消すことが可能となる。
【００５５】
図５は、光学補償素子の配置における回転（その１）を説明する模式斜視図である。図５においても図４と同様に、図２における反射型光変調素子１１、反射型偏光子１０、光学補償素子１４の一つの組みと色合成プリズム１２との位置関係を示している。図示するｘ，ｙ，ｚの各軸も図４と同様であり、反射型光変調素子１１の面の一方向に沿った軸をｘ軸、反射型光変調素子１１の面に沿ったｘ軸と直交する軸をｙ軸、反射型光変調素子１１の面と垂直な軸、すなわち光軸をｚ軸としている。
【００５６】
光学補償素子１４は、ｚ軸方向に沿って所定の間隔で配置される反射型光変調素子１１と反射型偏光子１０との間に配置されている。図５に示す光学補償素子１４の配置では、反射型光変調素子１１の面、すなわちｘ−ｙ平面と平行な面に対して角度θ傾斜して配置されている。つまり、光学補償素子１４はｙ軸を回転中心として角度θだけ傾いた状態で配置されている。
【００５７】
さらに、図５に示す光学補償素子１４は、光学補償素子１４の平面と垂直な軸を回転中心軸として角度Φ回転した状態で配置されている（図５下図参照）。つまり、光学補償素子１４は、反射型光変調素子１１の面（ｘ−ｙ平面）に対して角度θ傾斜しているとともに、光学補償素子１４の平面に沿って角度Φ回転して配置されている。
【００５８】
傾斜角度θは、反射型光変調素子１１の液晶分子のプレチルト角度に応じた量となっている。また、回転角度Φは傾斜角度θによる液晶位相差打ち消しのための補間に応じた量となっている。回転角度Φは、例えば−５度から５度の間である。このような傾斜角度θおよび回転角度Φを設けて光学補償素子１４を配置することで、より厳密に光学補償素子１４の垂直位相差量を液晶の位相差量に対して打ち消し合わせることができるという効果を奏する。
【００５９】
図６は、光学補償素子の配置における回転（その２）を説明する模式斜視図である。図６においても図４と同様に、図２における反射型光変調素子１１、反射型偏光子１０、光学補償素子１４の一つの組みと色合成プリズム１２との位置関係を示している。図示するｘ，ｙ，ｚの各軸も図４と同様であり、反射型光変調素子１１の面の一方向に沿った軸をｘ軸、反射型光変調素子１１の面に沿ったｘ軸と直交する軸をｙ軸、反射型光変調素子１１の面と垂直な軸、すなわち光軸をｚ軸としている。
【００６０】
光学補償素子１４は、ｚ軸方向に沿って所定の間隔で配置される反射型光変調素子１１と反射型偏光子１０との間に配置されている。図６に示す光学補償素子１４の配置では、反射型光変調素子１１の面、すなわちｘ−ｙ平面と平行な面に対して角度θ傾斜して配置されている。つまり、光学補償素子１４はｙ軸を回転中心として角度θだけ傾いた状態で配置されている。
【００６１】
さらに、図６に示す光学補償素子１４は、光軸であるｚ軸を回転中心軸として角度γ回転した状態で配置されている（図６下図参照）。つまり、光学補償素子１４は、反射型光変調素子１１の面（ｘ−ｙ平面）に対して角度θ傾斜しているとともに、反射型光変調素子１１の面（ｘ−ｙ平面）に沿って角度γ回転して配置されている。
【００６２】
傾斜角度θは、反射型光変調素子１１の液晶分子のプレチルト角度に応じた量となっている。また、回転角度γは傾斜角度θによる液晶位相差打ち消しのための補間に応じた量となっている。回転角度γは、例えば−５度から５度の間である。このような傾斜角度θおよび回転角度γを設けて光学補償素子１４を配置することで、より厳密に光学補償素子１４の垂直位相差量を液晶の位相差量に対して打ち消し合わせることができるという効果を奏する。ここで、回転角度θでの調整では、入射光線の光学補償素子１４の表面での断面形状が一定形状となるため、角度による当該断面形状の面積変化が発生せず、角度調整した際の画質変化を発生させずに済む。
【００６３】
なお、必要に応じて行う光学補償素子１４の回転は、図５に示す回転角度Φと図６に示す回転角度γのいずれか一方でもよいが、回転角度Φと回転角度γとの両方の回転を組み合わせてもよい。これにより、更なる高精度な位相差打ち消しの補間を行うことが可能となる。
【００６４】
次に、液晶分子の倒れている方向と光学補償素子の傾斜との関係について図７に基づき説明する。先ず、反射型光変調素子１１の液晶分子の倒れている方向へ伸びる方向単位ベクトルｋと、反射型偏光子１０のグリッド平面を含む平面Ｐおよび反射型光変調素子１１が設置されている平面Ｑを定義する。この方向単位ベクトルｋの射影成分が平面Ｑの第１象限、第４象限にある状態を、“状態Ａ”、第２象限、第３象限にある場合を“状態Ｂ”と呼ぶ。
【００６５】
図８〜図１１は、反射型光変調素子の液晶配向方向と反射型偏光素子のグリッドとの位置の関係を示す模式斜視図である。各図では図中縦方向をｚ軸方向としており、ｘ、ｙ、ｚの各軸の原点を中心としてｘ−ｙ平面に沿って反射型光変調素子１１が配置され、これと対向するようｚ軸方向に所定の間隔を開けて光学補償素子１４および反射型偏光子１０が配置されている。
【００６６】
図８〜図１１の各図には、液晶分子の倒れている方向へ伸びる方向単位ベクトルｋが示されている。このうち図８および図９は、方向単位ベクトルｋの射影成分が平面Ｑ（反射型光変調素子１１の平面）の第１象限、第４象限にある“状態Ａ”を示している。また、図１０および図１１は、方向単位ベクトルｋの射影成分が平面Ｑの第２象限、第３象限にある“状態Ｂ”を示している。
【００６７】
本願発明者らは、“状態Ａ”および“状態Ｂ”の各状態について、光学補償素子１４の傾斜角度θを変化させたときのコントラストをＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色について測定した。測定は、液晶分子のプレチルト角度が大きい場合と小さい場合との２種類について行った。
【００６８】
図１２、図１３は、光学補償素子の傾斜角度θに対するコントラスト（絶対値）の変化を示す図で、図１２は液晶のプレチルト角度が大きい場合、図１３は液晶のプレチルト角度が小さい場合を示している。また、図１４、図１５は、図１２、図１３の各々についてコントラストの値を正規化したものである。各図とも、白抜きのプロットが“状態Ａ”、黒塗りのプロットが“状態Ｂ”で、各々ＲＧＢ各色について示している。
【００６９】
この測定結果によると、光学補償素子の傾斜角度θが０度の場合、つまり反射型光変調素子と光学補償素子とが平行に配置された場合に比べ、光学補償素子を傾斜させることにより、プレチルト角度の大小に関わらず“状態Ａ”および“状態Ｂ”のいずれの場合でも、コントラストは上昇している（図１４、図１５参照）。
【００７０】
また、ＲＧＢの各色ごとに検討すると、Ｂ（青）およびＧ（緑）コントラストは、プレチルト角度が大きい場合、小さい場合とも、“状態Ａ”の方が“状態Ｂ”よりも高くなっている。一方、Ｒ（赤）のコントラストは、プレチルト角度が大きい場合、小さい場合とも、“状態Ｂ”の方が“状態Ａ”よりも高くなっている（図１２、図１３参照）。
【００７１】
また、光学補償素子の傾斜角度θを変化させたとき、コントラストが極大値となる傾斜角度は、“状態Ａ”の方が“状態Ｂ”よりも小さくなっている。したがって、“状態Ａ”の時の方が、より小さい傾斜角度で最大コントラストを得ることができるため、光学補償素子を傾斜させることで生じる非点収差量の程度もより軽く、著しく映像品位を落とすことがないということになる。
【００７２】
上記のコントラスト測定は、反射型光変調素子のプレチルト角度の大きいサンプルと同じく小さいサンプルの２種類で測定したが、２種類の試験いずれでも、Ｂ（青）およびＧ（緑）について“状態Ａ”の方が“状態Ｂ”に比べてコントラストが高くなり、かつ、ＲＧＢ全ての色について最大コントラスト値を与える傾斜角度は“状態Ａ”の方が“状態Ｂ”に比べて小さくなっている。
【００７３】
つまり、反射型光変調素子の液晶分子のプレチルト角度バラツキを踏まえたとき、非点収差などの画質劣化要因に対しては、“状態Ａ”の方が適していることが分かる。さらに、このような“状態Ａ”の関係を１組でも備える画像投影装置は、従来の画像投影装置よりもコントラストを更に高めることができるようになる。
【００７４】
なお、上記説明した実施形態では、光源として白色光を出射するものを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザなどの単色光源、もしくはそれらの組みあわせたものであっても適用可能である。また、本実施形態では、偏光子として反射型偏光素子と用いる例を示したが、吸収型の偏光素子やＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を用いてもよい。
【００７５】
＜実施効果＞
反射型光変調素子が黒色表示時に生じさせる位相差を打ち消すために、反射型偏光子と反射型光変調素子との間に、少なくとも正面入射光に対し、所定の位相差を持ち、その位相差により液晶の位相差を打ち消すことを特徴とする光学素子（光学補償素子）を、反射型光変調素子に対してある角度を持って傾斜させる状態、およびその傾斜調整機構と面内回転量（位相差量）調整機構を有することを特徴とする光学系により、コントラストが高く、高輝度な投影型表示装置を実現することが可能となる。
【００７６】
なお、光学補償素子における光学補償のための位相差層として、無機材料の積層構造を用いることにより、耐熱性、耐光性、量産性に優れた光学部品、光学モジュールおよび表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施形態に係る表示装置の構成を説明する模式図である。
【図２】光学ユニットの外観を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る光学部品の構成を説明する模式図である。
【図４】光学補償素子の配置における傾斜を説明する模式斜視図である。
【図５】光学補償素子の配置における回転（その１）を説明する模式斜視図である。
【図６】光学補償素子の配置における回転（その２）を説明する模式斜視図である。
【図７】液晶分子の倒れている方向と光学補償素子の傾斜との関係について説明する模式斜視図である。
【図８】反射型光変調素子の液晶配向方向と反射型偏光素子のグリッドとの位置の関係を示す模式斜視図（その１）である。
【図９】反射型光変調素子の液晶配向方向と反射型偏光素子のグリッドとの位置の関係を示す模式斜視図（その２）である。
【図１０】反射型光変調素子の液晶配向方向と反射型偏光素子のグリッドとの位置の関係を示す模式斜視図（その３）である。
【図１１】反射型光変調素子の液晶配向方向と反射型偏光素子のグリッドとの位置の関係を示す模式斜視図（その４）である。
【図１２】光学補償素子の傾斜角度θに対するコントラスト（絶対値）の変化を示す図（プレチルト角度大）である。
【図１３】光学補償素子の傾斜角度θに対するコントラスト（絶対値）の変化を示す図（プレチルト角度小）である。
【図１４】光学補償素子の傾斜角度θに対するコントラスト（規格化）の変化を示す図（プレチルト角度大）である。
【図１５】光学補償素子の傾斜角度θに対するコントラスト（規格化）の変化を示す図（プレチルト角度小）である。
【図１６】従来の投影型画像表示装置の概略構造を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…光源、２…第１のインテグレータレンズ、３…第２のインテグレータレンズ、４…偏光ビームスプリッタ、５…コンデンサーレンズ、６…ダイクロイックミラー、７…ダイクロイックミラー、８…反射ミラー、９…フィールドレンズ、１０…反射型偏光子、１１（１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ）…反射型光変調素子、１２…色合成プリズム、１３…投影レンズ、１４…光学補償素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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