JP2008164859A - 作像エンジンおよび投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波面収差による解像度劣化やコントラスト性能の劣化などの画像劣化を改善する作像エンジンおよび投射装置を提供する。
【解決手段】複数色の光を発する光源からの入射光を透過または反射して光変調するライトバルブと、ライトバルブからの出射光の光路上に設けられ、偏光子と波長板とを備えた光学素子とを有する作像エンジンであって、光学素子を構成する偏光子および波長板はそれぞれ、接着層を介してガラス基材にて挟み込まれて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライトバルブにより画素単位で光の制御を行って表示させる表示素子を用いた作像エンジンおよび投射装置に関する。

近年の、ディスプレイやプロジェクタの高精細化の要求の高まりに対しては、パネルの画素数を増やすことによって対応してきた。パネルの解像度については、ＶＧＡ（video graphic array）からＳ−ＶＧＡ（super-video graphic array）、ＸＧＡ（extended graphic array）が主流となり、さらにＳＸＧＡ（super extended graphic array）の画素数に対応したパネルも製品として市場に登場している。

また近年、ＨＤＴＶ（high-definition television）対応の画素数や、ＸＧＡの４倍の画素数であるＱＸＧＡ（quad extended graphic array）の画素数を有するパネルを用いた投射装置も実用化されている。より表示性能、解像度や、コントラストの性能アップが望まれている。

プロジェクタのエンジンは、コントラストを向上の目的達成のために、偏光素子を配置した構成が一般的になっている。また光の三原色であるＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）を用いたＲＧＢ３板式では、３色の色合成を行うためにダイクロイックプリズムを用いられている。これは、反射特性を良くするために、偏光方向を変換してダイクロイックプリズムに入射させることが行われている。具体的には、赤色や、青色の光を効率よく反射させるために、Ｓ偏光とした方がよく、照明光とパネルの画像光との光路分離の方向によっては、Ｐ偏光となるのを、１／２λ板などを用いて９０度偏光を回転していることがなされている。

従来のプロジェクタ装置としては、特許文献１〜３に開示された発明が公知である。

特許文献１では、ガラス基板にフィルム状の波長板、あるいは偏光板を貼り付けた構成を採用している。このような構成の断面構成を図１７に示す。フィルム上の偏光板は、図１９に示すように接着部材を介してガラス基板に貼り付けられている。このような光学素子の透過波面収差を評価したところ、図１８（ａ），（ｂ）に示すような分布になった。評価に使った波面収差測定器は既存の光学波面収差評価機である。開口幅は、およそ、４０ｍｍ角のエリアである。波面収差量に比例して、色の濃淡をあらわしている。白と黒の差はほぼ３λ程であった。なだらかな変化でなく局所的に光路差が生じている。投射光はある一部を通過するので、その部分の単位面積あたりの波面収差はさらに大きな値となると判断できる。

図１８（ａ）および図１８（ｂ）を見ても明らかなように、フィルムを１枚のガラス基材に貼り付けた場合であっても、接着剤の波長レベルでの光路差によって（たとえば、光線Ａ，光線Ｂなど）、波長レベルの光路長の差が生じ、波面収差量が増え波面の乱れが生じることが判明した。図１８（ａ）および図１８（ｂ）のどちらの図においても、周辺部は、干渉縞も出ないほど透過波面収差量が大きく、解像性能への影響が高かった。

また、特許文献２には、２枚のガラスにて挟んで構成した波長板を配置し、前記２枚のガラスの少なくとも一方のガラスにおける前記波長フィルムとは反対側の面を凸面とした構成が記載されている。このように２枚のガラスと波長板との間に空気の層が生じることがあり、空気による屈折率の変化により収差が発生する。

さらに、特許文献３では、偏光フィルム部材１０８２は耐熱性光学部材１０８１ａ，１０８１ｂに挟まれている。熱変形による偏光特性の劣化により解像度、コントラスト低下が生じる課題に対し、耐熱性を向上させるために耐熱性ガラスで挟み込んだ構成を採用している。このように２枚のガラスと偏光板との間に空気の層が生じることがあり、空気による屈折率の変化により収差が発生する。
特開２００１−２６４７４４号公報 特許第３３６５６１８号公報 特開２００２−１１６５０２号公報

前述したような作像エンジンでは、パネルと色合成用のプリズムとの間に、偏光子と波長板との部材を有する構成が必須となっている。しかしながら、コンパクトなエンジンが構築でき、コントラスト改善のために配置した偏光板が、かえって結像光の乱れを発生させてしまう不具合がある。つまり、光路内に配置された偏光板や波長板などで構成される光学素子の影響により、解像度劣化や、界面が増えることによる表面反射によりコントラスト性能の劣化が生じるという弊害が、性能アップの要求とともに、クローズアップされてきた。

このような課題に鑑み本発明は、解像度の廉価や、コントラスト性能の劣化等の光学的な劣化を防ぐことが可能な光学素子及び当該光学素子を有する作像エンジンおよび投射装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数色の光を発する光源と、前記光源からの入射光を透過または反射して光変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光の光路上に設けられ、偏光子または波長板を備えた光学素子とを有する作像エンジンであって、前記光学素子を構成する少なくとも前記偏光子または前記波長板のいずれかが、接着層を介してガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子の両側が、接着層を介して第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持される偏光素子と、波長板の両側が、接着層を介して第３のガラス基材および第４のガラス基材にて挟持される位相変調素子とを有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子の両側が接着層を介して、第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持され、かつ、波長板の両側が接着層を介して、第２のガラス基材および第３のガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子および波長板が接着層を介して隣接配置され、かつそれぞれ隣接配置された側の面との対向面に、接着層を介して設けられた第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の作像エンジンにおいて、偏光子は、出射光の波長以下のピッチを有する金属パターンにて構成され、光学素子は、波長板の両側を、接着層を介してライトバルブ側に配置された第１のガラス基材と、第１のガラス基材と波長板を介して対称配置される第２のガラス基材とで挟持されてなり、かつ、第１のガラス基材のうちライトバルブ側の面に金属パターンを有する偏光子を備えてなることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、複数色の光を発する光源と、光源からの各色光に対応して設けられ、各色の入射光を透過または反射して光変調する複数色ごとのライトバルブと、ライトバルブからの各色光による出射光を色合成する色合成素子と、ライトバルブと色合成素子との間の光路上に設けられ、偏光子と波長板とを備えた光学素子とを有する作像エンジンであって、光学素子は、偏光子の両側が、接着層を介してガラス基材にて挟持されてなる偏光素子と、波長板が接着層を介して、ガラス基材と色合成素子にて挟持されてなる位相変調素子とを有することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子の両側が、接着層を介して第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持される偏光素子と、波長板の両側が、接着層を介して第３のガラス基材および色合成素子にて挟持される位相変調素子とを有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子の両側が接着層を介して、第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持され、かつ、波長板の両側が接着層を介して、第２のガラス基材および色合成素子にて挟持されてなることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項６記載の作像エンジンにおいて、光学素子は、偏光子および波長板が接着層を介して隣接配置され、かつそれぞれ隣接配置された側の面との対向面に、接着層を介して設けられたガラス基材および色合成素子にて挟持されてなることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１記載の作像エンジンにおいて、偏光子は、出射光の波長以下のピッチを有する金属パターンにて構成され、光学素子は、波長板の両側を、接着層を介してライトバルブ側に配置された第１のガラス基材と、第１のガラス基材と波長板を介して対称配置される色合成素子とで挟持されてなり、かつ、第１のガラス基材のうちライトバルブ側の面に金属パターンを有する偏光子を備えてなることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１から１０のいずれか１項記載の作像エンジンと、照明光学系と、作像エンジンにて作像された画像を拡大投射する投射光学系とを有する投射装置であることを特徴とする。

本発明のによれば、波面収差による画像劣化等の光学的な劣化を減少させる光学素子を提供することができる。

本実施形態は、フィルム状の偏光板、波長板などが単独のガラス基材に貼り付けられた光学素子や単にガラス基材で挟み込んだ偏光板などにおいて問題であった、波面収差の劣化を改善することを目的としている。より詳しくは、よりコンパクトな作像エンジンを提供すること、空気界面をできるだけ低減して表面反射によるコントラスト劣化を防ぐこと、高品質な画像を得ることなどを目的としている。
これは、パネルと投射画像との間に配置される光学素子の透過波面収差量を低減することにより、投射画像品質を保ち高解像投射を実現する。

以下に、本実施形態の作像エンジンおよび投射装置について図面を参照しながら説明する。なお本実施形態は以下に述べるものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

図１および図２は、本実施形態の作像エンジンを模式的に示す図である。図１は、反射型パネルを用いた場合の作像エンジンを示す図であり、図１（ａ）は上面図を示し、図１（ｂ）は投影レンズ側から見た側面図を示す。また図２は、透過型パネルを用いた場合の作像エンジンを示す図である。

本実施形態の作像エンジンは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に対応した３枚のライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、パネルの画像変調光のみを取り出す光路分離素子（ＰＢＳ：偏光ビームスプリッタ）１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応したライトバルブ（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）にて形成された画像を合成する色合成素子（ダイクロイックプリズム）１５とを備えた作像エンジンである。

図１に示す反射型パネルの作像エンジンは、ライトバルブ１１と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、偏光素子１３と、位相変調素子１４と、ダイクロイックプリズム１５と、色反射膜（ダイクロイック膜）１６と、投射レンズ１７とを備えている。そして、ライトバルブ１１と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、偏光素子１３と、位相変調素子１４とは、光の３原色である赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）にそれぞれ対応して設けられている。また色反射膜１６は、赤用および青用がそれぞれ設けられ、ダイクロイックプリズム１５内をクロスするように（図１（ａ）参照）配置される。

また、図２に示す透過型パネルの作像エンジンは、ライトバルブ２１と、偏光素子２３と、位相変調素子２４と、ダイクロイックプリズム２５と、色反射膜（ダイクロイック膜）２６と、投射レンズ２７とを備えている。図１の反射型とは異なって透過型のライトバルブ２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂを備えており、ＰＢＳ１２が不要となる。

図１では投射レンズ１７を記載しているが、投射レンズ１７側から液晶パネルを見ることでパネルに表示された画像を見ることにより、投射レンズ１７を不要とすることも可能である。なお図１では図示していないが、Ｒ，Ｇ，Ｂの各パネルに応じた照明光を各パネルに照射して、投射レンズ等により拡大投射してもよい。

ライトバルブ１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルなど、偏光を制御する空間変調素子であればいずれも適用可能である。このライトバルブによって画像信号に応じて偏光を制御し、偏光ビームスプリッタ１２などの光路分離素子を介して画像が形成される。

ここで、後述する図４に示すような、偏光板（偏光子）をガラス基材で挟み込んだ偏光素子１３が、ライトバルブ１１とダイクロイックプリズム１５との間の光路上における入射前側に配置されている。偏光素子１３を透過してきた光は、１／２λ（波長）板をガラス基材で挟み込んだ位相変調素子１４によって偏光方向を９０度回転させられ、ダイクロイックプリズム１５へと入射される。

このとき、赤用ライトバルブである１１Ｒと青用ライトバルブである１１Ｂとからの入射光は、ダイクロイックプリズム１５内の赤反射膜１６Ｒと青反射膜１６Ｂとでそれぞれ反射される。また緑用ライトバルブである１１Ｇからの光は、ダイクロイックプリズム１５を透過する。このようにして１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂからの光は、それぞれがダイクロイックプリズム１５の出射側（出口）で合成され、フルカラー画像を得ることができる。

また図３は、ガラス製のＰＢＳの代わりに、金線格子タイプのＰＢＳ（３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ）を用いた場合の作像エンジンを示す図である。この場合は、スキュー光線の影響がなくなり、コントラストが格段に向上する。

本実施形態の特徴は、偏光素子１３と位相変調素子１４とがそれぞれ共に、接着部材（接着層）を介してガラス基材と一体化された構成を有することである。この特徴部について図４を用いて説明する。

図４は、ガラス基材を用いて、偏光子を接着部材により挟み込んだ偏光素子を模式的に示す図である。本実施形態の偏光素子１３は、偏光子４１と、第１ガラス基材４２ａと、第２ガラス基材４２ｂと、第１接着層４３ａと、第２接着層４３ｂとで構成される。

第１ガラス基材４２ａと第２ガラス基材４３ｂとは、表示画像の波長帯域に対して透明であればどのような基材でもよく、例えば、ＢＫ７や白板硝子、サファイヤ基板などが好適である。勿論、平面性がある程度保たれているものがよく、プラスチック部材などを用いてもよい。

なおここでは偏光子４１を挟み込む構成を説明しているが、偏光子４１を波長板に置き換えてもよい。波長板に置き換えることで、本実施形態の位相変調素子１４の構成となる。

また、第１ガラス基材４２ａと第２ガラス基材４２ｂとの間隔Ｄが一定に保たれるよう、接着部材（第１接着層４３ａ，第２接着層４３ｂ）の量を調整してもよい。また、あらかじめ平面度が確保されているガラス基材を倣わせて、偏光子あるいは波長板を挟み込み、接着固化することとしてもよい。

間隔Ｄを一定に保ち、偏光子や波長板と、接着部材との略屈折率をあわせることによって、図４に示す光線Ａ’およびＢ’の光路長が実質的に同一となるため、低い透過波面収差量とすることができる。

従来の構成では、たとえば、片面に貼り付けられた波長板は、前述した図１９に示すような構成となっており、波面収差の劣化により、解像性能の向上を阻んでいた。

このような光学素子を作像エンジンに搭載して解像度評価を行った。評価条件として、ＸＧＡ対応のパネルで、画素密度で１ラインペアの明暗パターンを投射し、その画像の明暗のコントラスト比（ＣＴＦ値）を評価した。つまり、白レベルをＷ、黒レベルをＢとしたとき
ＣＴＦ＝（Ｗ−Ｂ）／（Ｗ＋Ｂ）
で表示されるＣＴＦ値が４０％であったものが、サンドイッチしたサンプル（本実施形態の光学素子）では、８０％以上と格段に向上した。図５には、前述の図１９に相当する本実施形態の波面収差の様子であり、格段に向上していることが分かる。

このように、ガラス基材の接着部材（接着層）を介して平面性が向上していることが確認された。すなわち、従来では、一枚のガラス基材上に塗布した接着剤により偏光板等を貼り付けて用いられていたが、偏光板（または波長板）の両側を接着層を介して、２枚のガラス基材で挟みこむ構成をとることにより、投射性能の改善を達成することができる。また、従来は、単に２枚のガラス基材の間に偏光板等を配置していたものは、空気による層が形成されることにより、屈折率変化に伴う収差が発生される。しかしながら、このように接着層を介することにより、収差の発生が抑制される。

図１６は、投射系内に、配置した光学部材の波面収差と解像性能の計算結果を示したグラフ図である。計算は、透過有効エリア内（約４０ｍｍ角）で、波面収差がなだらかに変化する場合を想定した。

投射画像は、ＸＧＡ対応のパネルで、画素密度で１ラインペアの明暗パターンをスクリーン上に投射されたＣＴＦ値に相当する値であり、波面収差がない場合、９０％の実力を有しているものが、±２λの収差発生により、８０％レベルまで低下することが分かる。したがって、ガラス基材で挟み込む構成により、解像度を低下させないレベルとしては、波面収差量を２λ以内に設定することが望ましい。仕様にもよるが、ＣＴＦとしては５０％程度が望ましく、この場合は、波面収差量としては５λ以下となることが望ましい。以上の劣化の様子は、投射光学系に配置させる部材が単一の場合であって、複数の部材の配置となると、それらの収差量が積み上げられ、投射性能に大きく影響する。したがって、なるべく挿入部材が少なくなることが望ましい。

図６は、本実施形態の偏光素子および位相変調素子の他の一例を示す図である。図６に示すように、偏光子６１は、第１接着層６４ａ，第２接着層６４ｂを介して第１ガラス基材６３ａと第２ガラス基材６３ｂとに挟み込まれている。同様に波長板６２は、第３接着層６４ｃ，第４接着層６４ｄを介して第３ガラス基材６３ｃと第４ガラス基材６３ｄとに挟み込まれている。

このように本実施形態では、波長板と偏光子とを独立にガラス基材にて挟み込んだ偏光素子および位相変調素子として構成し、それぞれの平面を向上させる。この構成の特徴は、偏光子の熱吸収による温度変化に対して、波長板には影響を与えない点が優れた構成となっている。

この際、空気との屈折率変化に伴う収差発生を抑制するため、偏光素子と位相変調素子とはある程度（前述の偏光子の熱吸収による温度変化の影響を受けない程度）の距離をおいて、近接配置されることが好ましい。

また本実施形態では図８に示すように、第１ガラス基材８３ａと第２ガラス基材８３ｂとの間に接着層（第１接着層８４ａおよび第２接着層８４ｂ）を介して偏光子８１を挟み込み、第２ガラス基材８３ｂと第３ガラス基材８３ｃとの間に接着層（第３接着層８４ｃおよび第４接着層８４ｄ）を介して波長板８２を挟み込んだ構成としてもよい。
また本実施形態の作像エンジンでは、図８に示すような構成、すなわち１つのガラス基材を介して偏光子と波長板とをそれぞれ両側に配置する構成を取ることも可能である。このような本実施形態の作像エンジンを図７に示す。

このような構成によって、前述の図６に比してガラス基材が少なくなり、光学素子（偏光素子および位相変調素子）の構成がコンパクトになる。したがって、投射レンズのバックフォーカスを短くすることができる。

また本実施形態では図９に示すように、前述した図８に示す構成のうち、偏光子と波長板とをガラス基材を介さずに接着部材のみで隣接配置し、外側をガラス基材にて挟み込む構成とすることも可能である。

図９では、偏光子９１と波長板９２とが第２接着層９４ｂを介して密接（接着）されている。また、偏光子９１と波長板９２との外側（第２接着層９４ｂとの接着面の対向側）にそれぞれ第１接着層９４ａおよび第３接着層９４ｃが接着され、さらにその外側を第１ガラス基材９３ａおよび第２ガラス基材９３ｂにて挟み込む構成となっている。
この構成の場合、光学素子をさらにコンパクト化することが可能となり、投射レンズのバックフォーカスをさらに短くすることができる。

また本実施形態では、金線格子型の偏光子を用いることもできる。図１０にその構成を示す。
図１０では、波長板１０２を第１接着層１０４ａおよび第２接着層１０４ｂで挟み込み、その外側を第１ガラス基材１０３ａおよび第２ガラス基材１０３ｂにて挟み込んでいる。さらに第１ガラス基材１０３ａの外側（第１接着層１０４ａと対向する側）の基材面上に、金線格子型の偏光子１０１が設けられている。

この金線格子型の偏光子とは、波長サイズ以下の金属の周期パターンの偏光子、いわゆるワイヤグリッド偏光子であり、そのままでは取り扱いできないので透明なガラス基材上（ここでは第１ガラス基材１０３ａ上）に形成する。このガラス基材のワイヤグリッドが形成された側の反対側に、波長板を配置する。波長板は接着層を介して、ワイヤグリッド偏光子が設けられたガラス基材と他のガラス基材とに挟み込まれるよう構成される。
このような構成により、偏光特性が格段に向上し、なおかつ透過波面収差を抑えた作像エンジンを提供することが可能となる。

また本実施形態では、前述の図８における第３ガラス基材８３ｃの代わりとしてダイクロイックプリズムを用いることもできる。この場合、ダイクロイックプリズムが第３ガラス基材８３ｃに置き換わることになり、図１３に示すように、第４接着層１３４ｄを介して波長板１３２を第２ガラス基材１３３ｂとダイクロイックプリズム１３５とで挟み込むような構成をとる。つまり、ダイクロイックプリズム１３５に直接ガラス基材を介して、波長板１３２および偏光子１３１が貼り付けられることになる。
図１３に示す偏光素子および位相変調素子を有する作像エンジンを、図１２に示す。

なお図１３では、波長板１３１と偏光素子との両方がガラス基材を介してダイクロイックプリズムに貼り付けられる構成としたが、前述の図６のように、偏光子と波長板との間のガラス基材を別々にして（図６中の第４ガラス基材６３ｄをダイクロイックプリズムと置き換えて）、偏光素子としての機能と位相変調素子としての機能とを分ける構成としてもよい。
このような構成をとることで、偏光素子側の交換などが容易に行えるようになる。

同様に、前述の図９にて説明したガラス基材（図９中の第２ガラス基材９３ｂ）の代わりにダイクロイックプリズムを用いる構成とすることも可能である。この場合の構成を図１５に示す。また図１４に示すように、図１０中の第２ガラス基材１０３ｂをダイクロイックプリズムに置き換えた構成とすることもできる。

図１１は、図４に示す偏光素子と、波長板をダイクロイックプリズムおよびガラス基材にて挟み込んだ場合の作像エンジンを示す図である。図１１の場合、偏光子を挟み込んだ偏光素子１１３と、１／２波長板をダイクロイックプリズム１１６とガラス基材１１４とで挟み込むような構成をとっている。このようにすることで、光学素子のコンパクト化を可能としている。また、位相変調機能を有する波長板と熱吸収性を有する偏光子とを分けることで、偏光子の温度変化による影響を波長板に及ぼすことがない。

図１６は、図１４に示す偏光素子および位相変調素子を有する作像エンジンを示す図である。

本実施形態の作像エンジンは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に対応した３枚のライトバルブ１６１Ｒ，１６１Ｇ，１６１Ｂと、各色に対応したパネルの画像変調光のみを取り出す光路分離素子（ＰＢＳ：偏光ビームスプリッタ）１６２と、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応したライトバルブ（１６１Ｒ，１６１Ｇ，１６１Ｂ）で形成された画像を合成する色合成素子（ダイクロイックプリズム）１６５とを備えた作像エンジンである。

ライトバルブ１６１Ｒ，１６１Ｇ，１６１Ｂは、透過型の液晶パネルや反射型の液晶パネルなど、偏光を制御する空間変調素子であればいずれも適用可能である。図１６では反射型の液晶パネルを搭載した場合を示している。このライトバルブによって画像信号に応じて偏光を制御し、偏光ビームスプリッタなどの光路分離素子を介して画像が形成される。

赤用のライトバルブ１６１Ｒおよび青用のライトバルブ１６１Ｂからの画像変調光は、それぞれの色毎に対応したＰＢＳ１６２Ｒ，１６２Ｂにより、ガラス基材と偏光子と１／２波長板、ダイクロイックプリズムの順に通過する。ここでガラス基材１、偏光子、１／２波長板は接着層（接着部材）を介して密接配置されていることにより、透過波面収差を低減化することができ、投射性能への影響を極力抑えることが可能となり、より高解像度への対応することができる。

前述した本実施形態の接着層（接着部材）に用いられる接着剤としてはＵＶ接着剤が一般的である。しかし、本実施形態における接着層の趣旨としては、ガラス基材と、偏光子や波長板などの各基材との間に存在する空気層を無くすことで、空気との屈折率変化に伴う収差発生を抑制することにある。したがって、接着剤はガラス基材、偏光子や波長板などの間に介在するバッファ層としての機能を持ち、このような機能を有する材料であればＵＶ接着剤に限定されない。このように、本発明の実施形態において、接着層を介在させることで、収差などの発生を抑制し光学的な性能を向上させることが可能となるものである。

また本実施形態では、パネルの画像変調光の通過順は、偏光子、波長板の順で通過する構成をとっているが、これは画像のコントラスト性能を優先した場合であって、本実施形態がこの順番に限定されるものではない。また、コントラスト性能を確保するために、偏光子を複数挿入する構成としてもよい。

さらに本実施形態の作像エンジンを、プロジェクション投射装置などの投射装置に適用することも可能である。これは、本実施形態の作像エンジンと、照明光学系と、ライトバルブの画像を拡大投射する投射レンズとで構成される。

照明光学系としては、高圧水銀ランプやキセノンランプなどの白色光を、ダイクロイックミラーなどを用いてＲ，Ｇ，Ｂの各色に対応して色分離した照明光学系である。無偏光の光を、ＰＢＳと、波長板などで構成した偏光変換素子によって効率よく直線偏光とした照明光を用いる。

投射レンズにより、マイクロディスプレイと呼ばれる液晶パネルから変調された画像を拡大投射してスクリーン上に画像形成する。拡大投射するために、作像系に挿入した光学部品の平行度や平面度、波面収差などが投射像品質に大きな影響を与えるが、本実施形態の作像エンジンを用いることで、高解像な画像を得ることができる。さらに将来的には、画素ピッチが小さくなりより高精細な表示にも適用することができる。

以上、本実施形態の作像エンジンによれば、パネルと投射画像との間に配置される光学素子の透過波面収差量を低減することできるので、投射画像品質を保つことができ、高精細な画像を表示することが可能となる。

また、偏光素子と偏光変調素子とを分離した構成とすることで、偏光板が熱で変形してもリペアが容易に可能となり、性能劣化に対して修理ができ、さらに環境にやさしい。

また、ガラス基材の構成枚数の減少に伴い界面を少なくすることができるので、コントラストが向上する。特にガラス基材２枚と接着層のみで偏光子および波長板を挟み込む構成の場合には、さらにガラス基材を低減でき、バックフォーカスが短くすることができる。また、投射レンズの設計の自由度が向上し、コンパクトな投射エンジンが実現可能となる。

また、金線格子型の偏光子を利用することで、より偏光特性が改善し、また、耐熱性も向上する。

また、偏光子および波長板を挟持するガラス基材の構成のうち、ダイクロイックプリズムを含むことにより、平板のガラス基材のみで挟み込む構成より、さらに平面度を向上させた偏光素子や、偏光素子あるいは、それらの複合素子が実現可能となる。また、投射レンズのバックフォーカスを短くでき、投射レンズの性能アップや、低コスト化が図れる。

さらに本実施形態の投射装置によれば、ガラスサンド構造の偏光素子、位相変調素子を搭載したので、波面収差量を極力小さくし解像性能の劣化を抑えた投射ができる。また、解像性能を改善しつつ、投射レンズの不可が低減して、装置のコンパクト化、低コスト化を達成することが可能となる。また、レンズのバックフォーカスを短くできるので、装置全体のコンパクト化の同時に図ることができる。

本実施形態の反射型パネルを用いた作像エンジンを示す図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は投射レンズ側からの図を示す。 本実施形態の透過型パネルを用いた作像エンジンを示す図である。 金線格子型ＰＢＳおよび反射型パネルを用いた場合の作像エンジンを示す図である。 本実施形態の偏光素子を模式的に示す図である。 本実施形態の作像エンジンによる波面収差評価を示す図である。 本実施形態の光学素子の一例を示す図である。 図８に示す光学素子を用いた場合の作像エンジンを示す図である。 本実施形態の光学素子の他の一例を示す図である。 本実施形態の光学素子のさらに他の一例を示す図である。 ワイヤグリッド型偏光子を用いた場合の光学素子を示す図である。 波長板をガラス基材とダイクロイックプリズムとで挟持した場合の作像エンジンを示す図である。 図１３に示す光学素子を用いた場合の作像エンジンを示す図である。 本実施形態の光学素子のさらに他の一例を示す図である。 波長板を、ワイヤグリッド型偏光子を有するガラス基材とダイクロイックプリズムとで挟持した場合の光学素子を示す図である。 偏光子および波長板を、ガラス基材とダイクロイックプリズムとで挟持した場合の光学素子を示す図である。 投射系内に配置した光学部材の、波面収差と解像性能との計算結果を示したグラフ図である。 従来の作像エンジンを模式的に示す図である。 従来の作像エンジンによる波面収差評価を示す図である。 従来の偏光素子の一例を示す図である。

符号の説明

１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ ライトバルブ
１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ 偏光素子
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ 位相変調素子
１５ ダイクロイックプリズム
１６Ｒ，１６Ｂ 色反射膜
１７ 投射レンズ

Claims (11)

1. 複数色の光を発する光源と、前記光源からの入射光を透過または反射して光変調するライトバルブと、前記ライトバルブからの出射光の光路上に設けられ、偏光子または波長板を備えた光学素子とを有する作像エンジンであって、
   前記光学素子を構成する少なくとも前記偏光子または前記波長板のいずれかが、接着層を介してガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする作像エンジン。
2. 前記光学素子は、
   前記偏光子の両側が、前記接着層を介して第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持される偏光素子と、
   前記波長板の両側が、前記接着層を介して第３のガラス基材および第４のガラス基材にて挟持される位相変調素子とを有することを特徴とする請求項１記載の作像エンジン。
3. 前記光学素子は、
   前記偏光子の両側が前記接着層を介して、第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持され、かつ、前記波長板の両側が前記接着層を介して、前記第２のガラス基材および第３のガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする請求項１記載の作像エンジン。
4. 前記光学素子は、
   前記偏光子および前記波長板が前記接着層を介して隣接配置され、かつそれぞれ隣接配置された側の面との対向面に、接着層を介して設けられた第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持されてなることを特徴とする請求項１記載の作像エンジン。
5. 前記偏光子は、前記出射光の波長以下のピッチを有する金属パターンにて構成され、
   前記光学素子は、
   前記波長板の両側を、前記接着層を介して前記ライトバルブ側に配置された第１のガラス基材と、当該第１のガラス基材と前記波長板を介して対称配置される第２のガラス基材とで挟持されてなり、かつ、前記第１のガラス基材のうち前記ライトバルブ側の面に前記金属パターンを有する偏光子を備えてなることを特徴とする請求項１記載の作像エンジン。
6. 複数色の光を発する光源と、前記光源からの各色光に対応して設けられ、各色の入射光を透過または反射して光変調する複数色ごとのライトバルブと、前記ライトバルブからの前記各色光による出射光を色合成する色合成素子と、前記ライトバルブと前記色合成素子との間の光路上に設けられ、偏光子と波長板とを備えた光学素子とを有する作像エンジンであって、
   前記光学素子は、
   前記偏光子の両側が、接着層を介してガラス基材にて挟持されてなる偏光素子と、
   前記波長板が接着層を介して、ガラス基材と前記色合成素子にて挟持されてなる位相変調素子とを有することを特徴とする作像エンジン。
7. 前記光学素子は、
   前記偏光子の両側が、前記接着層を介して第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持される偏光素子と、
   前記波長板の両側が、前記接着層を介して第３のガラス基材および前記色合成素子にて挟持される位相変調素子とを有することを特徴とする請求項６記載の作像エンジン。
8. 前記光学素子は、
   前記偏光子の両側が前記接着層を介して、第１のガラス基材および第２のガラス基材にて挟持され、かつ、前記波長板の両側が前記接着層を介して、前記第２のガラス基材および前記色合成素子にて挟持されてなることを特徴とする請求項６記載の作像エンジン。
9. 前記光学素子は、
   前記偏光子および前記波長板が前記接着層を介して隣接配置され、かつそれぞれ隣接配置された側の面との対向面に、接着層を介して設けられたガラス基材および前記色合成素子にて挟持されてなることを特徴とする請求項６記載の作像エンジン。
10. 前記偏光子は、前記出射光の波長以下のピッチを有する金属パターンにて構成され、
    前記光学素子は、
    前記波長板の両側を、前記接着層を介して前記ライトバルブ側に配置された第１のガラス基材と、当該第１のガラス基材と前記波長板を介して対称配置される前記色合成素子とで挟持されてなり、かつ、前記第１のガラス基材のうち前記ライトバルブ側の面に前記金属パターンを有する偏光子を備えてなることを特徴とする請求項１記載の作像エンジン。
11. 請求項１から１０のいずれか１項記載の作像エンジンと、照明光学系と、前記作像エンジンにて作像された画像を拡大投射する投射光学系とを有することを特徴とする投射装置。

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