(57)【要約】【課題】上記光学素子用の放熱板を備える偏光板、偏光変換装置、液晶パネル、及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】偏光変換装置２７、プリ偏光フィルタ４９ｂ、液晶パネル４１ｂ等の光学素子に放熱板９１を設けている。この放熱板９１は、光透過性を有する無機結晶材料で形成された３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚで構成されるので、光路を妨げることなくこの放熱板９１に近接する光学素子の冷却を達成することができる。この際、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの合成によって見かけ上の等方的な屈折率特性を示すので、隣接する光学素子からの光束や光学素子への光束が放熱板９１ｘ，９１ｙ，９１ｚに対して垂直に入射する場合に限らず様々な入射角で入射する場合であっても、これらの光束に対して与える位相差を実質的になくすことができる。【選択図】図１
2009216979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機結晶材料でそれぞれ形成され、光透過性をそれぞれ有するとともに、互いに光学軸が交わる状態で配置された３枚の平板状部材を備え、
前記３枚の平板状部材の合成によって、見かけ上の等方的な屈折率特性を示す、
光学素子用の放熱板。
【請求項２】
前記３枚の平板状部材は、正の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている、請求項１記載の光学素子用の放熱板。
【請求項３】
前記３枚の平板状部材は、負の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている、請求項１記載の光学素子用の放熱板。
【請求項４】
前記３枚の平板状部材は、同一の材料でそれぞれ形成され、同一の厚みをそれぞれ有する、請求項２及び請求項３のいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板。
【請求項５】
前記３枚の平板状部材の光学軸は、各平板状部材の主面に対して平行又は垂直に延びる、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板。
【請求項６】
所定の偏光方向の偏光を通過させる偏光層と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板を有し、前記偏光層を支持する支持板と
を備える偏光板。
【請求項７】
前記光源からの光束を偏光方向に応じて分離するとともに、分離された一方の光束の偏光方向を分離された他方の光束の偏光方向に揃える変換本体部と、
前記変換本体部の光入射側又は光射出側に固定される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板と
を備える偏光変換装置。
【請求項８】
入射光の偏光状態を画素単位で変化させる液晶パネル本体と、
前記液晶パネル本体の光入射側又は光射出側に固定される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板と
を備える液晶パネル。
【請求項９】
照明用の光束を射出する照明装置と、
前記照明装置からの光束によって照明される液晶表示装置と、
前記液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備え、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の光学素子用の放熱板を前記照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込んだ、プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無機結晶材料で形成される光学素子用の放熱板、並びに、これを用いた偏光板、偏光変換装置、液晶パネル、及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学素子用の放熱板として、プロジェクタを構成するライトバルブの偏光板に組み込まれるものが存在し、この場合、偏光板のベース基板を２枚の一軸性結晶で構成し、各一軸性結晶の光学軸をベース基板の表面に平行に配置している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−８５８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記のような偏光板において、ベース基板の表面に傾斜して入射した光束については、正確に位相差が補償されず、偏光が乱される結果として、投射像のコントラスト低下を十分に抑えることができない場合があった。
【０００４】
そこで、本発明は、偏光板等に対して垂直入射光だけでなく様々な斜入射光が入射する場合にも、正確に位相差を補償して偏光の乱れを低減できる光学素子用の放熱板を提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、上記光学素子用の放熱板を備える偏光板、偏光変換装置、液晶パネル、及びプロジェクタ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る光学素子用の放熱板は、無機結晶材料でそれぞれ形成され、光透過性をそれぞれ有するとともに、互いに光学軸が交わる状態で配置された３枚の平板状部材を備え、３枚の平板状部材の合成によって、見かけ上の等方的な屈折率特性を示す。
【０００７】
上記放熱板は、光透過性を有する無機結晶材料で形成された３枚の平板状部材を備えるので、光路を妨げることなくこの放熱板に近接する光学素子の冷却を達成することができる。この際、放熱板は、３枚の平板状部材の合成によって見かけ上の等方的な屈折率特性を示すので、光学素子からの光束や光学素子への光束が放熱板に対して垂直な入射角を有する場合に限らず、様々な入射角を有する場合であっても、これらの光束に対して与える位相差を実質的になくすことができる。よって、対象とする光学素子の冷却を確保しつつも、光学素子の光学的性能の劣化を抑えることができる。
【０００８】
また、本発明の具体的な態様又は観点によれば、上記光学素子用の放熱板において、３枚の平板状部材は、正の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている。この場合、同一タイプの結晶材料で各平板状部材を形成することができる。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、３枚の平板状部材が、負の一軸性結晶でそれぞれ形成され、互いに光学軸が直交するように配置されている。この場合、同一タイプの結晶材料で各平板状部材を形成することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、３枚の平板状部材が、同一の材料でそれぞれ形成され、同一の厚みをそれぞれ有する。この場合、特性が一致する同一の結晶材料で各平板状部材を形成することができ、放熱板の作製を比較的簡単で安価なものとすることができる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、３枚の平板状部材の光学軸が、各平板状部材の主面に対して平行又は垂直に延びる。この場合、各平板状部材の光学軸の設定が容易になり、各平板状部材を合成した屈折率特性を簡易に調整することができる。
【００１２】
本発明に係る偏光板は、（ａ）所定の偏光方向の偏光を通過させる偏光層と、（ｂ）上述の光学素子用の放熱板を有し、偏光層を支持する支持板とを備える。本偏光板では、上述の放熱板によって偏光層を支持するので、偏光層を効率的に冷却しつつも、放熱板が偏光層の光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。
【００１３】
本発明に係る偏光変換装置は、（ａ）光源からの光束を偏光方向に応じて分離するとともに、分離された一方の光束の偏光方向を分離された他方の光束の偏光方向に揃える変換本体部と、（ｂ）変換本体部の光入射側又は光射出側に固定される、上述の光学素子用の放熱板とを備える。本偏光変換装置では、上述の放熱板が変換本体部の光入射側又は光射出側に固定されるので、変換本体部を効率的に冷却しつつも、放熱板が変換本体部の光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。
【００１４】
本発明に係る液晶パネルは、（ａ）入射光の偏光状態を画素単位で変化させる液晶パネル本体と、（ｂ）液晶パネル本体の光入射側又は光射出側に固定される、上述の光学素子用の放熱板とを備える。本液晶パネルでは、上述の放熱板が液晶パネルの光入射側又は光射出側に固定されるので、液晶パネルを効率的に冷却しつつも、放熱板が液晶パネルの光学的作用に影響を及ぼすことを防止できる。
【００１５】
本発明に係るプロジェクタは、（ａ）照明用の光束を射出する照明装置と、（ｂ）照明装置からの光束によって照明される液晶表示装置と、（ｃ）液晶表示装置によって形成された画像を投射する投射レンズとを備え、（ｄ）上述の光学素子用の放熱板を照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込んでいる。本プロジェクでは、上述の放熱板が照明装置及び液晶表示装置の少なくとも一方に一部として組み込まれているので、照明装置や液晶表示装置の要所を効率的に冷却しつつも、放熱板が照明装置や液晶表示装置の性能に影響を及ぼすことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るプロジェクタの光学系の構成を説明する概念図である。
【００１７】
このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射するための光学機器である。プロジェクタ１００は、光源装置１０と、均一化光学系２０と、色分離導光光学系３０と、光変調部４０と、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０とを備える。ここで、光源装置１０及び均一化光学系２０は、照明装置を構成する。また、光変調部４０は、３つの液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、異なる色光をそれぞれ変調する液晶表示装置である。
【００１８】
上記プロジェクタ１００において、光源装置１０は、放電発光型の発光管１１と、楕円型のリフレクタ１２と、球面型の副鏡１３と、平行化レンズ１４とを備える。発光管１１から周囲に放射された光束は、リフレクタ１２で直接反射され、或いは副鏡１３で反射された後にリフレクタ１２でさらに反射されて収束光束となる。この収束光束は、平行化レンズ１４によって平行光束とされて、前方側すなわち均一化光学系２０の第１レンズアレイ２３に入射する。なお、上述した楕円面型のリフレクタ１２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、リフレクタ１２の後段に平行化レンズ１４等を設けなくとも、光源装置１０から平行光束を射出させることが可能となる。
【００１９】
均一化光学系２０は、均一化された照度の照明光を光変調部４０に供給する。この均一化光学系２０は、光源装置１０から射出された光束を適当な状態に分割する第１及び第２レンズアレイ２３，２４と、両レンズアレイ２３，２４を経た複数の光束を重畳させる重畳レンズ２５と、重畳レンズ２５に入射する光束の偏光方向を揃える偏光変換装置２７とを備える。第１及び第２レンズアレイ２３，２４は、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズ２３ａ，２４ａからなる。このうち、第１レンズアレイ２３を構成する要素レンズ２３ａによって、平行化レンズ１４を経た光束は複数の部分光束に分割される。また、第２レンズアレイ２４を構成する要素レンズ２４ａによって、第１レンズアレイ２３からの各部分光束は適当な発散角で射出される。重畳レンズ２５は、第２レンズアレイ２４から射出され偏光変換装置２７を経た部分光束を全体として適宜収束させて、後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃの被照明領域すなわち表示領域で重畳させる。偏光変換装置２７は、ＰＢＳアレイ等で構成される変換本体部２７ａを備えており、第１レンズアレイ２３により分割され第２レンズアレイ２４を経た各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を果たす。この変換本体部２７ａは、例えば同様の構造をそれぞれ有しＹ方向にそれぞれ延びる４つのプリズム要素２７ｄをＸ方向に配列した構造のプリズムアレイであり、システム光軸ＳＡに垂直なＸＹ面に沿って２次元的に延在する。また、変換本体部２７ａの入射面側には、この変換本体部２７ａ等を冷却するため、光透過性の放熱板９１が組み付けられている。
【００２０】
図２は、偏光変換装置２７の構造を説明する部分拡大断面図である。変換本体部２７ａを構成する各プリズム要素２７ｄは、平行四辺形の断面を有するプリズム８１と、直角三角形の断面を有するプリズム８８，８９とを接合したものであり、全体として矩形の断面形状を有する。各プリズム要素２７ｄは、プリズム８１側面のうち斜面を利用してシステム光軸ＳＡに対して傾斜した状態で配置される偏光分離膜８３と、プリズム８１を挟んで偏光分離膜８３に対向して配置される反射膜８４と、プリズム８１の射出面８１ｂに固定される位相差板８５とを備える。一方、放熱板９１は、変換本体部２７ａの光入射側の面ＩＳに接合されている。つまり、放熱板９１は、プリズム８１の入射面８１ａと、プリズム８９の入射側の面８９ａとに接着されて、システム光軸ＳＡに対して垂直な状態に保持されている。放熱板９１は、例えばＵＶ硬化型の接着剤などにより入射面８１ａ及び面８９ａに接着・固定することができる。なお、放熱板９１の入射面Ｓ１１のうち、プリズム８９の入射側の面８９ａに対応する位置には、第１レンズアレイ２３からの光束がプリズム８９に直接入射することを防止するため、遮光用のマスク８６が形成されている。
【００２１】
この偏光変換装置２７において、第２レンズアレイ２４からの入射光ＩＬは、マスク８６の間の開口を経て放熱板９１を通過し、各プリズム要素２７ｄのプリズム８１に入射する。プリズム８１に入射した入射光ＩＬは、偏光分離膜８３により、反射される側の一方の偏光である第１光線ＰＬ１と、通過する側の他方の偏光である第２光線ＰＬ２とに分岐される。偏光分離膜８３により反射された第１光線ＰＬ１は、再度反射膜８４で反射され、射出面８１ｂからＳ偏光として射出されるが、位相差板８５により位相が変化し、Ｐ偏光として射出される。一方、偏光分離膜８３を透過した第２光線ＰＬ２は、Ｐ偏光として射出面８８ｂから射出される。以上により、プリズム要素２７ｄすなわち偏光変換装置２７に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光方向がＰ偏光に揃えられた照明として射出される。
【００２２】
なお、本実施形態において、例えば射出面８１ｂではなく射出面８８ｂに位相差板８５を取り付けることもできる。この場合、偏光変換装置２７からＳ偏光を射出させることができる。
【００２３】
図３は、放熱板９１の断面構造を説明する概念図である。図示のように、放熱板９１は、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを積層することによって形成されている。ここで、第１平板状部材９１ｘの入射面Ｓ１１及び射出面Ｓ１２は、互いに平行でシステム光軸ＳＡに対してともに平行になるよう配置されている。また、第２平板状部材９１ｙの入射面Ｓ２１及び射出面Ｓ２２も、互いに平行でシステム光軸ＳＡに対してともに平行になるよう配置されており、第３平板状部材９１ｚの入射面Ｓ３１及び射出面Ｓ３２も、互いに平行でシステム光軸ＳＡに対してともに平行になるよう配置されている。つまり、各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの主面としての面Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ３１，Ｓ３２は、全て互いに平行になっている。
【００２４】
第１平板状部材９１ｘは、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第１平板状部材９１ｘを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸ＳＡに垂直なＸ軸方向に延びている。第２平板状部材９１ｙも、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第２平板状部材９１ｙを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸ＳＡに垂直なＹ軸方向に延びている。第３平板状部材９１ｚも、負の一軸性の屈折率を有する光学材料であるサファイア板で形成されている。この第３平板状部材９１ｚを構成するサファイア板の光学軸は、例えばシステム光軸ＳＡに平行なＺ軸方向に延びている。以上において、各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚのＺ軸方向すなわちシステム光軸ＳＡに沿った厚みは全て等しくなっている。なお、以上の放熱板９１は、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚのみで構成することもできるが、これら平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを等方性の屈折率材料であるガラス板等で支持した構造とすることもできる。
【００２５】
図４（Ａ）〜４（Ｄ）は、放熱板９１を構成する３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの機能を説明する図である。
【００２６】
図４（Ａ）に示すように、第１平板状部材９１ｘを構成するサファイアの屈折率楕円体ＲＩＥ１は、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ１の光学軸ＯＡ１は、この例ではシステム光軸ＳＡに垂直なＸ軸方向に延びており、Ｘ軸方向の屈折率は相対的に小さいが、Ｙ軸及びＺ軸方向の屈折率は相対的に大きく互いに等しい。
【００２７】
図４（Ｂ）に示すように、第２平板状部材９１ｙを構成するサファイアの屈折率楕円体ＲＩＥ２も、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ２の光学軸ＯＡ２は、この例ではシステム光軸ＳＡに垂直なＹ軸方向に延びており、Ｙ軸方向の屈折率は相対的に小さいが、Ｘ軸及びＺ軸方向の屈折率は相対的に大きく互いに等しい。
【００２８】
図４（Ｃ）に示すように、第３平板状部材９１ｚを構成するサファイアの屈折率楕円体ＲＩＥ３も、負の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ３の光学軸ＯＡ３は、この例ではシステム光軸ＳＡに平行なＺ軸方向に延びており、Ｚ軸方向の屈折率は相対的に小さいが、Ｙ軸及びＺ軸方向の屈折率は、相対的に大きく互いに等しい。
【００２９】
図４（Ｄ）は、第１、第２、及び第３平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの合成による総合的な効果を概念的に説明する図である。これら平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの屈折率異方性を合成した屈折率楕円体ＲＩＥｔは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に関して等方的な球になっている。そのため、屈折率楕円体ＲＩＥｔは、システム光軸ＳＡに沿って放熱板９１の入射面Ｓ１１に垂直に入射するＺ軸方向の光束に対して等方的であるだけでなく、放熱板９１の入射面Ｓ１１に対して任意の入射角を有する傾斜した光束に対しても等方的である。つまり、放熱板９１は、様々な入射角度の光束に対して見かけ上等方的な屈折率特性を示す。この結果、放熱板９１を通過する様々な入射角度の光束は、この放熱板９１を構成する第１、第２、及び第３平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを全て通過することにより、各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚで受けた位相作用が互いに相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される。
【００３０】
以上で説明した第１、第２、及び第３平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚは、いずれも無機結晶材料であるサファイアで形成されており、一般的なガラスに比較して高い熱伝導率を有する。具体的に説明すると、サファイアの熱伝導率は、光学軸に平行な方向において、例えば２０℃で４２Ｗ／（ｍ・ｋ）である。一方、ガラスの熱伝導率は、ガラスの種類にもよるが、１Ｗ／（ｍ・ｋ）程度となる。よって、サファイアの方が一般的なガラスに比較して１桁以上高い熱伝導率を示す。つまり、上記第１、第２、及び第３平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを接合して得た放熱板９１は、ガラス板等に比較して効率の良い熱伝導体であり、放熱板９１に接する光学素子、すなわち変換本体部２７ａを効率良く冷却することができる。
【００３１】
図５（Ａ）〜５（Ｄ）は、図３に示す放熱板９１の変形例を説明する図であり、図４（Ａ）〜４（Ｄ）に対応する。この場合、放熱板９１を構成する各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚは、いずれも正の一軸性の屈折率を有する光学材料である水晶板で形成されており、これらの厚みは全て同一である。
【００３２】
図５（Ａ）に示すように、第１平板状部材９１ｘを構成する水晶板の屈折率楕円体ＲＩＥ１’は、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ１’の光学軸ＯＡ１’は、システム光軸ＳＡに垂直なＸ軸方向に延びており、Ｘ軸方向の屈折率は相対的に大きいが、Ｙ軸及びＺ軸方向の屈折率は相対的に小さく互いに等しい。図５（Ｂ）に示すように、第２平板状部材９１ｙを構成する水晶板の屈折率楕円体ＲＩＥ２’も、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ２’の光学軸ＯＡ２’は、システム光軸ＳＡに垂直なＹ軸方向に延びており、Ｙ軸方向の屈折率は相対的に大きいが、Ｘ軸及びＺ軸方向の屈折率は相対的に小さく互いに等しい。図５（Ｃ）に示すように、第３平板状部材９１ｚを構成する水晶板の屈折率楕円体ＲＩＥ３’も、正の一軸性の屈折率に相当する。屈折率楕円体ＲＩＥ３’の光学軸ＯＡ３’は、システム光軸ＳＡに平行なＺ軸方向に延びており、Ｚ軸方向の屈折率は相対的に大きいが、Ｘ軸及びＹ軸方向の屈折率は、相対的に小さく互いに等しい。
【００３３】
図５（Ｄ）は、変形例の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの合成による総合的な効果を概念的に説明する図である。これら平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの屈折率異方性を合成した屈折率楕円体ＲＩＥｔは、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に関して等方的な球になっている。つまり、変形例の放熱板９１は、様々な入射角度の光束に対して見かけ上等方的な屈折率特性を示す。この結果、放熱板９１を通過する様々な入射角度の光束は、この放熱板９１を構成する全ての平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを通過することにより、各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚで受けた位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される。
【００３４】
以上で説明した平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの材料である水晶は、一般的なガラスに比較して高い熱伝導率を有する。具体的に説明すると、水晶の熱伝導率は、光学軸に平行な方向において、例えば７０℃で９．３Ｗ／（ｍ・ｋ）であり、光学軸に垂直な方向において、例えば７０℃で５．４Ｗ／（ｍ・ｋ）である。一方、ガラスの熱伝導率は、既に説明したように、１Ｗ／（ｍ・ｋ）程度である。よって、水晶の方が一般的なガラスに比較して１ケタ近く高い熱伝導率を示す。つまり、上記第１、第２、及び第３平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを接合して得た放熱板９１は、ガラス板等に比較して効率の良い熱伝導体であり、放熱板９１に接する光学素子、すなわち変換本体部２７ａを効率良く冷却することができる。
【００３５】
放熱板９１を構成する平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚは、上記サファイアや水晶以外の様々な一軸性結晶材料を用いることができる。また、放熱板９１を構成する平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚについては、これら全てを上述のように同一の材料で形成する必要はなく、異なる材料で形成することができる。例えば異なる種類の負又は正の一軸性の屈折材料を用いる場合、各屈折材料の厚みを調節することによって全体として位相差が実質的に生じないように調整することができる。また、各平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの光学軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３等は、製造の簡易さを考慮してシステム光軸ＳＡに垂直又は平行としているが、各光学軸ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３が互いに直交するならば、これらがシステム光軸ＳＡに対して垂直又は平行である必要はない。さらに、平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを一軸性の屈折材料で形成しない場合、全体として位相差が実質的に生じないように、平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの光学軸を互いに直交しない適当な角度に設定する構成も可能である。
【００３６】
図６は、図２に示す偏光変換装置２７の変形例を示す拡大図である。この場合、偏光変換装置２７の変換本体部２７ａの射出面側に、この変換本体部２７ａを冷却するため放熱板９１が組み付けられている。なお、放熱板９１は、図２に示すものと同様であり、その機能も図４、５に示すものと同様である。また、図示の例では、位相差板８５の射出面上に放熱板９１を固定しているが、プリズム８１，８８の射出面８１ｂ，８８ｂと、位相差板８５との間に放熱板９１を設けることもできる。
【００３７】
図１に戻って、色分離導光光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂと、反射ミラー３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ，３３ｂ，３３ｃとを備え、均一化光学系２０から出射した照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＲＧＢの３色のうちＲ光を反射しＧ光及びＢ光を透過させる。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＢの２色のうちＧ光を反射しＢ光を透過させる。この色分離導光光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、入射角調節用のフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを通過したＢ光は、リレーレンズＬＬ１，ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ，３２ｃを経て入射角調節用のフィールドレンズ３３ｃに入射する。
【００３８】
各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置である。液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、色分離導光光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される３つの液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの入射側にそれぞれ配置される３つの第１偏光フィルタ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、各液晶パネル４１ａ，４１ｂ，４１ｃの射出側にそれぞれ配置される３つのプリ偏光フィルタ４９ａ，４９ｂ，４９ｃと、各プリ偏光フィルタ４９ａ，４９ｂ，４９ｃの後段に配置される３つの第２偏光フィルタ４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。
【００３９】
この光変調部４０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＲ光は、第２光路ＯＰ２上のフィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射し、液晶ライトバルブ４０ａを構成する液晶パネル４１ａ上の表示領域を照明する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、第１光路ＯＰ１上のフィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射し、液晶ライトバルブ４０ｂを構成する液晶パネル４１ｂ上の表示領域を照明する。第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ，３１ｂの双方を透過したＢ光は、第３光路ＯＰ３上のフィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射し、液晶ライトバルブ４０ｃを構成する液晶パネル４１ｃ上の表示領域を照明する。各液晶パネル４１ａ〜４１ｃは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変調し、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射した３色の光は、画素単位で偏光状態を調節される。この際、第１偏光フィルタ４２ａ〜４２ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、プリ偏光フィルタ４９ａ〜４９ｃや第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃによって、各液晶パネル４１ａ〜４１ｃから射出される変調光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。なお、プリ偏光フィルタ４９ａ〜４９ｃを第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃの前段に設けることによって、不要な偏光を予め除去することができ、第２偏光フィルタ４３ａ〜４３ｃに過度の負担がかかることが防止できる。以上により、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれに対応する各色の変調光すなわち像光を形成する。
【００４０】
図７は、図１に示す緑色用の液晶ライトバルブ４０ｂの構造を説明する拡大断面図である。この液晶ライトバルブ４０ｂは、既に説明したように、液晶パネル４１ｂと、第１偏光フィルタ４２ｂと、プリ偏光フィルタ４９ｂと、第２偏光フィルタ４３ｂとによって構成される。
【００４１】
図示の液晶ライトバルブ４０ｂにおいて、入射側の偏光素子である第１偏光フィルタ４２ｂと、射出側の偏光素子であるプリ偏光フィルタ４９ｂ又は第２偏光フィルタ４３ｂとは、クロスニコルを構成するように配置されている。
【００４２】
ここで、第１偏光フィルタ４２ｂは、平板状の光透過基板９５と、光透過基板９５上に貼り付けられた偏光層９３とを有する。偏光層９３は、例えばＰＶＡ（polyvinyl alcohol）ポリマーをヨウ素で染色しフィルム化の際に所定方向に延伸したものである。偏光層９３は、ＵＶ効硬化樹脂等によって光透過基板９５の平坦面上に接着される。偏光層９３は、上記のような有機材料で形成された吸収型の偏光素子に限らず、無機材料で形成された偏光素子、ワイヤグリッド等の反射型の偏光素子に置き換えることができる。一方、光透過基板９５は、例えばガラス、結晶材料等を平板に加工することによって形成したものである。なお、光透過基板９５がサファイア、水晶等の結晶材料で形成されている場合、光透過基板９５によって偏光層９３を冷却する効果を高めることができる。
【００４３】
プリ偏光フィルタ４９ｂは、放熱板９１と、放熱板９１上に貼り付けられた偏光層９３とを有する。ここで、偏光層９３は、第１偏光フィルタ４２ｂを構成する偏光層９３と同様のものであるが、消光比が適度に調整されている。放熱板９１は、偏光変換装置２７を構成する放熱板９１と同様のものであり、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを積層することによって形成されている（図３参照）。この場合、放熱板９１は、サファイア、水晶等で形成されており、偏光層９３を効率良く冷却することができる。また、放熱板９１を通過した光束は、位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される（図４、５等参照）。よって、プリ偏光フィルタ４９ｂを設けたことによって液晶ライトバルブ４０ｂのコントラストが低下する等の弊害を防止でき、プリ偏光フィルタ４９ｂの温度上昇を防止してその耐熱性や動作の安定性を高めることができる。なお、放熱板９１の屈折率が非等方的で位相差を持つ場合、放熱板９１の通過前後で光束の偏光状態が変化するので、第２偏光フィルタ４３ｂの通過によって意図しない光量変化が生じ、コントラストが劣化するおそれもある。
【００４４】
なお、プリ偏光フィルタ４９ｂにおいて、放熱板９１を光射出側に設ける必要はなく、放熱板９１を光入射側に設けることもできる。つまり、この場合、偏光層９３は、放熱板９１の光射出面に接着される。さらに、一対の放熱板９１で偏光層９３を挟むことも可能である。
【００４５】
第２偏光フィルタ４３ｂは、光透過基板９５と光透過基板９５上に貼り付けられた偏光層９３とを有する。ここで、偏光層９３は、第１偏光フィルタ４２ｂを構成する偏光層９３と同様のものである。また、光透過基板９５も、第１偏光フィルタ４２ｂを構成する光透過基板９５と同様のものである。
【００４６】
液晶パネル４１ｂは、液晶パネル本体７０に放熱板９１を貼り付けた構造を有する。液晶パネル本体７０は、例えばツイストネマティックモードで動作する液晶で構成される液晶層７１を挟んで、入射側に第１基板７２と、射出側に第２基板７３とを備える。これらの基板７２，７３は、ともに平板状であり、入出射面の法線がシステム光軸ＳＡすなわちＺ軸に平行になるように配置されている。なお、入射光ＩＬが入射する第１基板７２は、ＸＹ面に平行な面に沿って延びるマイクロレンズアレイ７２ａを備える。このマイクロレンズアレイ７２ａは、後述する透明画素電極７７すなわち画素部分ＰＰに対応する所定パターンで２次元的に配列された多数の要素レンズＥＬを有する。
【００４７】
液晶パネル本体７０において、第１基板７２の液晶層７１側の面上には、透明な共通電極７５が設けられており、その上には、例えば配向膜７６が形成されている。一方、第２基板７３の液晶層７１側の面上には、マトリクス状に配置された複数の透明画素電極７７と、各透明画素電極７７に電気的に接続されている薄膜トランジスタ（不図示）とが設けられており、その上には、例えば配向膜７８が形成されている。この液晶パネル本体７０を構成する各画素部分ＰＰは、１つの画素電極７７と、共通電極７５の一部と、両配向膜７６，７８の一部と、液晶層７１の一部とを含む。各画素部分ＰＰには、入射側の第１基板７２に設けた各マイクロレンズアレイ７２ａによって、入射光ＩＬの光束を絞ってこの光束を選択的に入射させることができるようになっている。なお、第１基板７２と共通電極７５との間には、各画素部分ＰＰを区分するように格子状のブラックマトリクス７９が設けられている。
【００４８】
液晶パネル４１ｂの光射出側に設けられた放熱板９１は、第２基板７３の光射出面に接着されて、システム光軸ＳＡに対して垂直な状態に保持されている。放熱板９１は、例えばＵＶ硬化型の接着剤を利用するなどして第２基板７３の光射出面に接着・固定することができる。放熱板９１は、偏光変換装置２７を構成する放熱板９１と同様のものであり、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚを積層することによって形成されている（図３参照）。この場合、放熱板９１は、サファイア、水晶等で形成されており、液晶パネル本体７０を効率良く冷却することができる。また、放熱板９１を通過した光束は、位相作用が相殺され、全体として等方的な屈折率材料を通過したと同様の状態に維持される（図４、５等参照）。よって、放熱板９１を設けたことによって液晶ライトバルブ４０ｂのコントラストが低下する等の弊害を防止でき、液晶パネル４１ｂの温度上昇を防止してその耐熱性を高めることができる。なお、放熱板９１の屈折率が非等方的で位相差を持つ場合、放熱板９１の通過前後で光束の偏光状態が変化するので、液晶パネル４１ｂの出口で意図しない光量変化が生じ、コントラストが劣化するおそれもある。
【００４９】
なお、液晶パネル４１ｂにおいて、放熱板９１を光射出側に設ける必要はなく、放熱板９１を光入射側に設けることもできる。つまり、この場合、放熱板９１は、第１基板７２の光入射面に接着される。
【００５０】
以上は、Ｇ光用の液晶ライトバルブ４０ｂの説明であったが、他のＲ光及びＢ光用の液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃも、Ｇ光用の液晶ライトバルブ４０ｂと同一の構造を有している。つまり、これら液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｃにおいても、例えばプリ偏光フィルタ４９ａ，４９ｃに放熱板９１が組み付けられている。
【００５１】
図１に戻って、クロスダイクロイックプリズム５０は、各色の像光用の光合成光学系として、各液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜５１ａ，５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｒ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｂ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＲ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向左側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ，５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＢ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向右側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＲ光、Ｇ光及びＢ光が合成され、カラー画像による画像光である合成光が形成される。
【００５２】
投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。
【００５３】
以上をまとめると、本実施形態のプロジェクタ１００においては、偏光変換装置２７と、プリ偏光フィルタ４９ｂと、液晶パネル４１ｂとに放熱板９１を設けている。この放熱板９１は、光透過性を有する無機結晶材料で形成された３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚで構成されるので、光路を妨げることなくこの放熱板９１に近接する光学素子（具体的には、変換本体部２７ａ、偏光層９３、液晶パネル本体７０等）の冷却を達成することができる。この際、３枚の平板状部材９１ｘ，９１ｙ，９１ｚの合成によって見かけ上の等方的な屈折率特性を示すので、隣接する光学素子（変換本体部２７ａ等）からの光束や光学素子への光束が放熱板９１ｘ，９１ｙ，９１ｚに対して垂直に入射する場合に限らず様々な入射角で入射する場合であっても、これらの光束に対して与える位相差を実質的になくすことができる。よって、隣接する光学素子（変換本体部２７ａ等）の冷却を確保しつつも、光学素子（変換本体部２７ａ等）の光学的性能の劣化を抑えることができる。これにより、高輝度で色ムラのない高品位の画像を長時間安定して投射することができる。
【００５４】
この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
例えば、上記実施形態で特に触れていないが、液晶ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ中に液晶層７１のプレチルトを補償するための光学補償板を挿入することも可能であり、このような光学補償板を上述の放熱板９１で冷却することもできる。
【００５６】
また、上記実施形態の光源装置１０に用いるランプとしては、高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等種々のものが考えられる。また、光源装置１０は、副鏡１３を有しないタイプの光源とすることができる。
【００５７】
また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００５８】
また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１等に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【００５９】
また、上記実施形態では、３つの液晶パネル４１ａ〜４１ｃを用いたプロジェクタ１００の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態のプロジェクタについて説明する断面図である。
【図２】偏光変換装置の構造を説明する図である。
【図３】放熱板の構造を説明する部分拡大図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、放熱板における擬似的な屈折率等方性を説明する斜視図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、変形例の放熱板における擬似的な屈折率等方性を説明する斜視図である。
【図６】変形例の放熱板の構造を説明する部分拡大図である。
【図７】図１に示す光変調部を構成する一液晶ライトバルブを説明する拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…光源装置、  １１…発光管、  １４…平行化レンズ、  ２０…均一化光学系、  ２３，２４…レンズアレイ、  ２５…重畳レンズ、  ２７…偏光変換装置、  ２７ａ…変換本体部、  ９１ｘ…第１平板状部材、  ９１ｙ…第２平板状部材、  ９１ｚ…第３平板状部材、  ３０…色分離導光光学系、  ３１ａ，３１ｂ…ダイクロイックミラー、  ４０…光変調部、  ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…液晶ライトバルブ、  ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、  ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…第１偏光フィルタ、  ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…第２偏光フィルタ、  ４９ａ，４９ｂ，４９ｃ…プリ偏光フィルタ、  ５０…クロスダイクロイックプリズム、  ６０…投射レンズ、  ７０…液晶パネル本体、  ７１…液晶層、  ７２…第１基板、  ７３…第２基板、  ８１，８８，８９…プリズム、  ８３…偏光分離膜、  ８４…反射膜、  ８５…位相差板、  ８６…マスク、  ９１…放熱板、  ９３…偏光層、  ９５…光透過基板、  １００…プロジェクタ、  ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ３…光学軸、  ＳＡ…システム光軸
【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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