(57)【要約】【課題】複屈折に起因する不要な光の発生を抑制する。【解決手段】第１の偏光光を透過し、第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する偏光部材１１２と、偏光部材１１２上に設けられた一軸結晶からなる第１の基板１１３と、第１の基板１１３と対向して設けられた一軸結晶からなる第２の基板１１４と、を有し、第１の基板と第２の基板とは、互いの結晶軸１１３Ｘ、１１４Ｚが直交するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光光を透過し、前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する偏光部材と、
前記偏光部材上に設けられた一軸結晶からなる第１の基板と、
前記第１の基板と対向して設けられた一軸結晶からなる第２の基板と、を有し、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、互いの結晶軸が直交するように配置されている、光学素子。
【請求項２】
前記第１の基板の板厚が前記第２の基板の板厚と同一である、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、貼り合わされる、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、離間して配置される、請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記板厚と直交する方向の前記第２の基板の寸法は、前記板厚と直交する方向の前記第１の基板の寸法よりも小さい、請求項１から４の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の基板の第１の側端部と前記第２の基板の第１の側端部とを前記板厚の方向で一致させたとき、第２の基板の第２の側端部から前記第１の基板の第２の側端部と対向する前記第２の基板の第３の側端部までの間に、前記第２の基板の屈折率と板厚とが同一のガラス基板が配置されている、請求項１から４の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の偏光光はＰ偏光光またはＳ偏光光であり、前記第２の偏光光はＳ偏光光またはＰ偏光光である請求項１から６の何れか１項に記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の基板と前記第２の基板との材質はサファイアである、請求項１から７の何れか１項に記載の光学装置。
【請求項９】
夫々波長が異なる光を発する光源と、
前記光源が発した各色光を、入射側の偏光板に導く照明光学部と、
前記入射側の偏光板を透過した各色の直線偏光光を変調して出射する変調素子と、
請求項１から８の何れか１項に記載の光学素子と、
前記光学素子が透過した変調光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
前記クロスダイクロイックプリズムが合成した合成光をスクリーンに投写する投写光学部と、を備えたプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子および光学素子を用いたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタは、複数の色光をそれぞれ変調する複数の液晶表示部と、各液晶表示部の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム（以下、ＸＤＰという。）と、ＸＤＰで合成した合成光をスクリーンに投写する投写光学系とを有する。液晶表示部は、液晶パネルと、液晶パネルの前後に配置された２枚の偏光板とからなる。偏光板は、光学素子の一例である。
液晶パネルの前段（光源側)に配置された偏光板を光源側偏光板と呼び、液晶パネルの後段（ＸＤＰ側）に配置された偏光板をＸＤＰ側偏光板と呼ぶ。光源側偏光板は、第１の偏光光を透過し、第２の偏光光を反射又は吸収する。ＸＤＰ側偏光板は、第２の偏光光を透過し、第１の偏光光を反射又は吸収する。光源側偏光板を透過した第１の偏光光が液晶パネルに入射する。液晶パネルでは、各セルへの電圧の印加を制御することで、第１の偏光光から第２の偏光光への変換を制御する。第２の偏光光が、液晶パネルからＸＤＰ側偏光板に入射する。
【０００３】
偏光板には、染料系の偏光板である有機偏光板と、有機偏光板と比較して耐熱性に優れている無機偏光板と、に大別される。無機偏光板には、微細なスリットからなるワイヤーグリッドをガラス基板上に設けたワイヤーグリッド偏光板がある。ワイヤーグリッドは、アルミニウム等の金属薄膜からなる。ワイヤーグリッド偏光板の一例として、例えば、米国ＭＯＸＴＥＫ社の無機偏光板ＰｒｏＦｌｕｘ（登録商標）がある。
一般に、偏光板は、透過軸方向に振動する直線偏光を透過するが、透過軸方向以外の方向の偏光光が偏光板の内部で吸収されることで発熱する。偏光板の温度が上昇すると、偏光板の特性が劣化する。偏光板の特性劣化は、プロジェクタのコントラストの低下、輝度の低下、色ずれを引き起こす要因となる。このため、熱伝導率の高いサファイアガラスを透明基板として用いたワイヤーグリッドタイプの無機偏光板が、光源側偏光板やＸＤＰ側偏光板に用いられている。
特許文献１には、関連技術として、サファイア基板を用いた液晶表示素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１２８２４０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、サファイアは、一軸性の結晶であり、偏光板にサファイアガラスを用いた場合には、複屈折により偏光が乱れる場合がある。例えば、Ｐ偏光光が透過するように偏光板を配置した場合に、Ｐ偏光光がサファイアガラスを通過する過程において、直交する２つの電界成分の一方の位相が遅れることで、楕円偏光に変換される。その結果、サファイアガラスの出射光には、Ｐ偏光光成分とＳ偏光光成分が混在する。このＳ偏光光成分は、投写画像の画質を劣化させる要因となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を解決し、複屈折に起因する不要な光の発生を抑制することができる光学素子および光学素子を用いたプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学素子は、第１の偏光光を透過し、前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する偏光部材と、前記偏光部材上に設けられた一軸結晶からなる第１の基板と、前記第１の基板と対向して設けられた一軸結晶からなる第２の基板と、を有し、前記第１の基板と前記第２の基板とは、互いの結晶軸が直交するように配置されている。
【０００８】
また、本発明のプロジェクタは、夫々波長が異なる光を発する光源と、前記光源が発した各色光を、入射側の偏光板に導く照明光学部と、前記入射側の偏光板を透過した各色の直線偏光光を変調して出射する変調素子と、第１の偏光光を透過し、前記第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する偏光部材と、前記偏光部材上に設けられた一軸結晶からなる第１の基板と、前記第１の基板と対向して設けられた一軸結晶からなる第２の基板と、を有し、前記第１の基板と前記第２の基板とは、互いの結晶軸が直交するように配置されている光学素子と、前記光学素子が透過した変調光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、前記クロスダイクロイックプリズムが合成した合成光をスクリーンに投写する投写光学部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複屈折に起因する不要な光の発生を抑制することができるので、光利用効率を向上でき、投写画像の画質を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の各実施形態の光学素子において偏光の乱れが相殺される状態を説明する図である。
【図４】本発明の第３実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の第５実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の第４および第５実施形態の光学素子を構成するサファイア基板とガラスとを貼り合わせた層を＋Ｙ軸方向から見た図である。
【図８】本発明の各実施形態の光学素子を用いたプロジェクタの構成の一例を示す概略構成図である。
【図９】ワイヤーグリッドタイプの無機偏光板を出力偏光板として採用した光学素子において複屈折に起因する不要な光（迷光）が発生する状態を説明する模式図である。
【図１０】ＸＤＰ（クロスダイクロイックプリズム）の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
なお、図１において、光学素子１０１を構成する偏光部材１１２、第１の基板１１３、第２の基板１１４の各平面の横方向（図１の右方向）をＸ軸方向とする。また、偏光部材１１２、第１の基板１１３、第２の基板１１４の各平面に対して直交する方向（図１の上方向）をＹ軸方向とする。さらに、偏光部材１１２、第１の基板１１３、第２の基板１１４の各平面の奥行方向（図１の紙面に垂直な方向）をＺ軸方向とする。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の光学素子１０１は、偏光部材１１２と、第１の基板１１３と、第２の基板１１４と、を有する。
偏光部材１１２は、第１の偏光光を透過し、第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する。第１の偏光光と第２の偏光光とは互いの偏光方向が直交する。すなわち、第１の偏光光と第２の偏光光の一方はＰ偏光の光であり、他方はＳ偏光の光である。
第１の基板１１３および第２の基板１１４はいずれも一軸結晶からなる。第1の基板１１３は、偏光部材１１２上に形成されている。第２の基板１１４は、第１の基板１１３と対向するように設けられている。第１の基板１１３の結晶軸１１３Ｘと第２の基板１１４の結晶軸１１４Ｚとは、互いに直交する。なお、図１では、第１の基板１１３と第２の基板１１４は離間して配置されているが、これに限定されない。第１の基板１１３と第２の基板１１４は貼り合わせられても良い。
【００１３】
本実施形態の光学素子１０１では、例えば、第１の偏光光が偏光部材１１２側から光学素子１０１に入射する。第１の偏光光は、偏光部材１１２、第１の基板１１３および第２の基板１１４を順に透過する。第２の基板１１４の第１の基板１１３とは反対側の面から出射される第１の偏光光が、光学素子１０１の出射光である。
本実施形態の光学素子１０１は、第１の基板１１３の結晶軸１１３Ｘと第２の基板１１４の結晶軸１１４Ｚとを互いに直交させている。第１の偏光光が第１の基板１１３を通過する過程で、直交する２つの電界成分の一方の位相が遅れ、また、第１の偏光光が第２の基板１１４を通過する過程で、直交する２つの電界成分の他方の位相が遅れる。すなわち、第１の基板１１３で生じる偏光の乱れ（位相遅れ）を第２の基板１１４で生じる偏光の乱れ（位相遅れ）で相殺することができる。これにより、複屈折に起因する不要な光の発生を抑制することができる。
以下、基板が一枚のサファイアガラスで構成された光学素子を比較例として挙げて、本実施形態の光学素子１０１をプロジェクタに適用した場合の作用効果を具体的に説明する。
【００１４】
（比較例）
まず、図９を用いて、比較例の光学素子における複屈折に起因する不要な光（迷光）が発生する原理を説明する。
図９は、比較例の光学素子であるワイヤーグリッドタイプの無機偏光板をＸＤＰ側偏光板として採用した場合に迷光が発生する状態を模式的に示す図である。
なお、以下説明する各模式図においても、液晶パネル６１１、ＸＤＰ側偏光板６１３、および光源側偏光板６１２の各平面の横方向（各図の右方向）をＸ軸方向とする。また、液晶パネル６１１、ＸＤＰ側偏光板６１３、および光源側偏光板６１２の各平面に対して直交する方向（各図の上方向）をＹ軸方向とする。さらに、ＸＤＰ側偏光板６１３、液晶パネル６１１、および光源側偏光板６１２の各平面の奥行方向（紙面に垂直な方向）をＺ軸方向とする。
【００１５】
図９において、液晶パネル部６１０は、液晶パネル６１１を２枚の偏光板（光源側偏光板６１２、ＸＤＰ側偏光板６１３）で挟んだものである。ここで、ＸＤＰについて図１０を用いて説明する。図１０は、ＸＤＰ（クロスダイクロイックプリズム）６２０の一例を示す模式図である。図１０に示すように、ＸＤＰ６２０は、４つの直角プリズム６２０ａから６２０ｄを有する。直角プリズム６２０ａから６２０ｄは、それぞれ、三角形の直角をなす辺を構成する第１および第２の面と斜辺を構成する第３の面とを有する。
【００１６】
直角プリズム６２０ｃの第１の面は直角プリズム６２０ｄの第２の面と接合され、直角プリズム６２０ｃの第２の面は直角プリズム６２０ｂの第１の面と接合されている。直角プリズム６２０ａの第１の面は直角プリズム６２０ｂの第２の面と接合され、直角プリズム６２０ａの第２の面は直角プリズム６２０ｄの第１の面と接合されている。
【００１７】
直角プリズム６２０ｃの第１の面と直角プリズム６２０ｄの第２の面の接合面と、直角プリズム６２０ａの第１の面と直角プリズム６２０ｂの第２の面の接合面とにより、一様な第１の平面（ＢＲ面）が形成されている。このＢＲ面に、ダイクロイック膜１ｂが形成されている。
【００１８】
直角プリズム６２０ｃの第２の面と直角プリズム６２０ｂの第１の面の接合面と、直角プリズム６２０ｄの第１の面と直角プリズム６２０ａの第２の面の接合面とにより、第１の平面（ＢＲ面）と直交する一様な第２の平面（ＲＲ面）が形成されている。このＲＲ面に、ダイクロイック膜１ａが形成されている。
【００１９】
ＢＲ面は、Ｓ偏光に対して、青色及び緑色の波長帯域の光を反射し、赤色の波長帯域の光を透過する特性を有する。また、ＢＲ面は、Ｐ偏光に対して、青色の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長帯域（緑色及び赤色の波長帯域を含む）の光を透過する特性を有する。この特性によれば、緑色光（Ｐ偏光）及び赤色光（Ｓ偏光）はＢＲ面を透過し、青色光（Ｓ偏光）及び緑色光（Ｓ偏光）はＢＲ面によって反射される。
【００２０】
ＲＲ面は、Ｓ偏光に対して、青色及び緑色の波長帯域の光を透過し、赤色の波長帯域の光を反射する特性を有する。また、ＲＲ面は、Ｐ偏光に対して、赤色の波長帯域の光を反射し、それ以外の波長帯域（緑色及び青色の波長帯域を含む）の光を透過する特性を有する。この特性によれば、緑色光（Ｐ偏光及びＳ偏光）及び青色光（Ｓ偏光）はＲＲ面を透過し、赤色光（Ｓ偏光）はＲＲ面によって反射される。
【００２１】
図１０に示したＸＤＰ６２０において、直角プリズム６２０ｃ、６２０ｂ、６２０ｄの第３の面をそれぞれ第１、第２、第３の入射面とし、直角プリズム６２０ａの第３の面を出射面とする。
【００２２】
図９の液晶パネル部６１０が透過した緑色光（Ｐ偏光光）は第１の入射面から入射し、図示しない液晶パネル部からの赤色光（Ｓ偏光光）は第３の入射面から入射し、図示しない液晶パネル部からの青色光（Ｓ偏光光）及び緑色光（Ｓ偏光光）は第２の入射面から入射する。
第１の入射面から入射した緑色光（Ｐ偏光光）は、ＲＲ面およびＢＲ面を透過し、出射面から出射する。第２の入射面から入射した赤色光（Ｓ偏光光）は、ＲＲ面で反射された後、ＢＲ面を透過し、出射面から出射する。第３の入射面より入射した青色光（Ｓ偏光光）および緑色光（Ｓ偏光光）は、ＢＲ面で反射された後、ＲＲ面を透過し、出射面から出射する。
【００２３】
一般的に、プロジェクタでは、緑色光路の場合、液晶パネル６１１に入射する光はＳ偏光光であり、液晶パネル６１１から出射する出射光は、Ｐ偏光光となる。そのため、以下では、ＸＤＰ６２０の第１の入射面から入射した緑色光（Ｐ偏光光）が、ＢＲ面およびＲＲ面を透過し、出射面から出射する場合を一例として説明する。
【００２４】
再び、図９を参照する。液晶パネル６１１から出射された緑色光（Ｐ偏光光）は、ＸＤＰ側偏光板６１３を透過し、ＸＤＰ６２０に入射する。ＸＤＰ側偏光板６１３は、サファイア層６１３ａとワイヤーグリッド層６１３ｂとからなる。ワイヤーグリッド層６１３ｂは、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光を反射するように構成されている。ワイヤーグリッド層６１３ｂを透過したＰ偏光光は、サファイア層６１３ａを透過する。一般に、サファイアは、一軸性結晶であり、複屈折により偏光が乱れる。このため、Ｐ偏光光がサファイア層６１３ａを透過する過程で、Ｐ偏光光Ａ以外に、Ｓ偏光光Ｂが生じる。
【００２５】
Ｐ偏光光（緑色光）Ａは、ＸＤＰ６２０の第１の入射面から入射し、ダイクロイック膜１ａであるＲＲ面とダイクロイック膜１ｂであるＢＲ面とを透過し、ＸＤＰ６２０の出射面から出射する。
サファイア層６１３ａで生じたＳ偏光光（緑色光）Ｂは、ＸＤＰ６２０の第１の入射面から入射し、ダイクロイック膜１ａであるＲＲ面と、ダイクロイック膜１ｂであるＢＲ面とにおいて夫々反射し、第１の入射面から出射する。そして、ＸＤＰ側偏光板６１３のサファイア層６１３ａに入射する。
【００２６】
ＸＤＰ６２０からサファイア層６１３ａに入射したＳ偏光光（緑色光）Ｂは、サファイア層６１３ａを透過してＳ偏光光ＥとＰ偏光光Ｇとなる。Ｓ偏光光Ｅは、ワイヤーグリッド層６１３ｂでサファイア層６１３ａ側に反射される。Ｐ偏光光Ｇは、ワイヤーグリッド層６１３ｂを透過する。ワイヤーグリッド層６１３ｂで反射されたＳ偏光光Ｅは、サファイア層６１３ａを透過する。このＳ偏光光Ｅがサファイア層６１３ａを透過する過程で、Ｐ偏光光ＣとＳ偏光光Ｆとが生じる。
【００２７】
サファイア層６１３ａを透過したＰ偏光光Ｃ及びＳ偏光光Ｆは、それぞれＸＤＰ６２０の第１の入射面から入射する。第１の入射面から入射するＳ偏光光Ｆは、ダイクロイック膜１ｂであるＢＲ面で反射されるため、複屈折に起因する不要な光（迷光）とはならない。
Ｐ偏光光Ｃは、ＸＤＰ６２０のＢＲ面を透過し、直角プリズム６２０ｄの第３の面で反射し、Ｐ偏光光Ｄとなり、ＲＲ面を透過する。これが、複屈折に起因する不要な光（迷光）となるのである。
【００２８】
これに対して、本発明の第１実施形態の光学素子では、図１で説明したように、第１の基板１１３の結晶軸１１３Ｘと第２の基板１１４の結晶軸１１４Ｚとを互いに直交させている。第１の偏光光が第１の基板１１３を通過する過程で、直交する２つの電界成分の一方の位相が遅れ、また、第１の偏光光が第２の基板１１４を通過する過程で、直交する２つの電界成分の他方の位相が遅れる。すなわち、第１の基板１１３で生じる偏光の乱れ（位相遅れ）を第２の基板１１４で生じる偏光の乱れ（位相遅れ）で相殺ししている。したがって、比較例で説明したＳ偏光光Ｂ（複屈折に起因する不要な光）の発生を抑制することができるのである。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の光学素子の概略構成について説明する。図２は、第２実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。なお、図２では、左斜め上方向の矢印で示したＰ偏光光のみが液晶パネル６１１、ＸＤＰ側偏光板６１３を透過している状態を示している。しかしながら、液晶パネル６１１、ＸＤＰ側偏光板６１３には、様々な方向にＰ偏光光が透過していることは勿論である。これは、以下説明する第３実施形態でも同様である。
【００３０】
図２の光学素子１０２の基本的な構成は、図９の光学素子１００とほぼ同じであるので、異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、ＸＤＰ側偏光板６１３のワイヤーグリッド層６１３ｂの平面上に第１のサファイア層６１３ｄを積層し、第１のサファイア層６１３ｄの平面上にさらに第２のサファイア層６１３ｃを積層して貼り合わせることで、ＸＤＰ側偏光板６１３のサファイア層を２層構造としている。ここで、第１のサファイア層６１３ｄと第２のサファイア層６１３ｃとの板厚、すなわち、Ｙ軸方向の寸法が同一となるようにしている。また、第１のサファイア層６１３ｄの光学軸方向１０３Ｘ（−Ｘ軸方向）と第２のサファイア層６１３ｃの光学軸方向１０４Ｚ（−Ｚ軸方向）とを互いに直交させることとしている。このように、２枚のサファイア層の光学軸方向が、互いに直交するように積層して貼り合わせることで、複屈折に起因する不要な光（迷光）の原因となるＳ偏光光の発生（偏光の乱れ）を相殺することとしている。この点について、図３を用いて説明する。
【００３１】
図３は、本発明の各実施形態の光学素子において偏光の乱れが相殺される状態を説明する図である。図３は、ＸＤＰ側偏光板６１３に偏光光が入射して出射するときの電界成分ＸＹにおける偏光状態（位相の状態）を示している。図３の（１）出射側（ＸＤＰ６２０側）偏光板入射前とは、図２の矢印Ｌで示した位置を指す。図３の（２）１枚目のサファイア入射後とは、図２の矢印Ｍで示した位置を指す。図３の（３）２枚目のサファイア入射後とは、図２の矢印Ｎで示した位置を指す。以下説明する各実施形態においても同様である。
【００３２】
まず、（１）の出射側（ＸＤＰ６２０側）偏光板入射前（矢印Ｌの位置）では、液晶パネル６１１で偏光変換されたＰ偏光光の電界成分が、Ｘ１とＹ１とが重ね合わせられた状態で表現されている。この重ね合わされた偏光光は直線偏光（Ｐ偏光光）となっている。
次に、（２）の１枚目のサファイア入射後（矢印Ｍの位置）では、Ｙ方向の電界成分Ｙ１が、原点Ｏに対して位相ＹＬだけ遅延し、電界成分Ｙ２となる。このとき、Ｘ方向の電界成分Ｘ１とＹ方向の電界成分Ｙ２とが重ね合わせられた状態の楕円偏光となる。その結果、Ｐ偏光光成分以外にＳ偏光光成分も発生する。
次に、（３）の２枚目のサファイア入射後（矢印Ｎの位置）では、Ｘ方向の電界Ｘ１成分が、原点Ｏに対して位相ＸＬだけ遅延し、電界成分Ｘ２となる。このとき、Ｘ方向とＹ方向との位相が揃えられることになり、電界成分Ｘ２と電界成分Ｙ２とが重ね合わされた直線偏光（Ｐ偏光光）に再びに戻されることになる。この原理によって、ＸＤＰ側偏光板６１３からＸＤＰ６２０に入射するＳ偏光光の発生（偏光の乱れ）が相殺される。
【００３３】
このように、本実施形態では、Ｐ偏光光が第１のサファイア層６１３ｄを通過する過程で、直交する２つの電界成分の一方の位相が遅れ、また、Ｐ偏光光が第２のサファイア層６１３ｃを通過する過程で、直交する２つの電界成分の他方の位相が遅れる。すなわち、第１のサファイア層６１３ｄで生じる偏光の乱れ（位相遅れ）を第２のサファイア層６１３ｃで生じる偏光の乱れ（位相遅れ）で相殺している。
したがって、ＸＤＰ６２０にはＰ偏光光のみが入射されることとなる。このため、ＸＤＰ６１０のＲＲ面およびＢＲ面においてＳ偏光光が反射することで発生する不要な光（迷光）の発生を抑制することができる
【００３４】
本実施形態では、光学軸を直交させた、同じ厚さのサファイア層を積層して貼り合わせることで、ＸＤＰ側偏光板６１３で発生する偏光の乱れを相殺し、複屈折に起因する不要な光（迷光）を取り除くことができる。図３の場合、第１のサファイア層６１３ｄにおいてＹ成分の位相が遅れ、偏光が乱れている。その後、光学軸を直交させた同じ厚さの第２のサファイア層６１３ｃを透過させることでＸ成分の位相も遅れることで、偏光の乱れを相殺している。
【００３５】
このように、本実施形態では、光学軸が互いに直交した同じ厚さを有するサファイア層を積層して貼り合わせた構造を採用している。これにより、放熱性の良いサファイア基板を使用したワイヤーグリッド層を有するＸＤＰ側偏光板６１３を用いた場合であっても複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生を防止することができる。なお、第１のサファイア層６１３ｄと第２のサファイア層６１３ｃとを積層して貼り合わせる場合、以下のような方法を採用することが好ましい。その方法は、高精度に研磨された複数の基板表面において、接着剤等を使用せずに接合する技術であるオプティカルコンタクトを用いる方法や、熱伝導率の良い接着剤を用いる方法である。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。図４は、第３実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
図３の光学素子１０３の基本的な構成は、第２実施形態の図２の光学素子１０２とほぼ同じであるので、異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、第１のサファイア層６１３ｄと第２のサファイア層６１３ｃとを積層して貼り合わせることを行っていない。すなわち、第１のサファイア層６１３ｄと、第２のサファイア層６１３ｃとを所定の距離だけ離間して配置することとしている。この実施形態は、サファイア層の放熱性に余裕がある場合に採用することができる。
本実施形態においても、図３で説明したように、矢印Ｎの位置で、ＸＤＰ側偏光板６１３からＸＤＰ６２０に入射するＳ偏光光の発生（偏光の乱れ（位相遅れ））が相殺される。これにより、ＸＤＰ６２０にはＰ偏光光のみが入射されることとなるため、図９で説明した複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生を抑制することができる。
【００３７】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。図５は、第４実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
図５の光学素子１０４の基本的な構成は、図２で説明した第２実施形態の光学素子１０２とほぼ同じであるので、異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、ＸＤＰ側偏光板６１３のうち、Ｐ偏光光が透過する領域を第２のサファイア層６１３ｃで構成している。また、Ｐ偏光光が透過しない領域を、第２のサファイア層６１３ｃと屈折率と板厚とが同一のガラス材質の基板６１４で構成している。なお、Ｘ軸方向における第２のサファイア層の６１３ｃの長さと基板６１４の長さは、任意の長さとすることが可能である。
【００３８】
この実施形態は、Ｐ偏光光が透過する領域が、ＬＣＤ６１１の表面全体からではなく、ＬＣＤ６１１の所定の狭い領域のみから照射される場合を想定している。これは、以下説明する第５実施形態の場合も同様である。また、左斜め上方向の矢印で示したＰ偏光光のみが液晶パネル６１１、ＸＤＰ側偏光板６１３を透過している点は、上記の第２、第３実施形態と同様である。
図５では、Ｓ偏光光が入射するＸＤＰ６２０のＲＲ面またはＢＲ面の何れか一方の面に対応する第２のサファイア層６１３ｃの領域にのみサファイア層を形成する。そして、それ以外の領域には、板厚が第２のサファイア層６１３ｃと同一であって、屈折率が第２のサファイア層６１３ｃと同一であるガラス材質の基板６１４を形成する。そして、サファイア層が形成された第２のサファイア層６１３ｃと基板６１４とをＸ軸方向で並べて貼り合せる。図５は、複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生が、ＸＤＰ６２０のＲＲ面にＳ偏光光が入射することに起因している場合について示している。
【００３９】
本実施形態においても、図３で説明したように、矢印Ｎの位置で、ＸＤＰ側偏光板６１３からＸＤＰ６２０に入射するＳ偏光光の発生（偏光の乱れ（位相遅れ））が相殺される。これにより、ＸＤＰ６２０にはＰ偏光光のみが入射されることとなるため、図９で説明した複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生を抑制することができる。
【００４０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。図６は、第５実施形態の光学素子の概略構成の一例を示す模式図である。
図６の光学素子１０５の基本的な構成は、図５で説明した第４実施形態の光学素子１０４とほぼ同じであるので、異なる点についてのみ説明する。本実施形態では、第１のサファイア層６１３ｄと、第２のサファイア層６１３ｃおよび基板６１４とをＸ軸方向で並べて貼り合わせた層とを所定の距離だけ離間して配置することとしている。この実施形態は、サファイア層の放熱性に余裕がある場合に採用することができる。
本実施形態においても、図３で説明したように、矢印Ｎの位置で、ＸＤＰ側偏光板６１３からＸＤＰ６２０に入射するＳ偏光光の発生（偏光の乱れ（位相遅れ））が相殺される。これにより、ＸＤＰ６２０にはＰ偏光光のみが入射されることとなるため、図９で説明した複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生を抑制することができる。
【００４１】
図７は、第４および第５実施形態の光学素子１０４、１０５を構成する第２のサファイア層６１３ｃと基板６１４とをＸ軸方向で並べて貼り合わせた層を＋Ｙ軸方から見た平面図である。なお、図５から図７では、第２のサファイア層６１３ｃのＸ軸方向の寸法と、基板６１４のＸ軸方向の寸法とが略等しくなる場合について説明しているが、両者の寸法は、任意の値とすることが可能である。
【００４２】
このように、第４、第５実施形態では、図５、図６に示すように、第２のサファイア基板６１３ｃのＸ軸方向の寸法（板厚と直交する方向の寸法）を、第１のサフィア基板６１３ｄのＸ軸方向の寸法（板厚と直交する方向の寸法）よりも小さくしている。
さらに、第１のサファイア基板６１３ｄの第１の側端部（Ｐ点）と第２のサファイア基板６１３ｃの第１の側端部（Ｑ点）とをＹ軸方向（板厚の方向）で一致させたとき、次のような構成を採用している。それは、第２のサファイア基板６１３ｃの第２の側端部（Ｒ点）から、第１のサファイア基板６１３ｄの第２の側端部（Ｓ点）と対向する第２のサファイア基板６１３ｃの第３の側端部（Ｔ点）までの間に、第２のサファイア基板６１３ｃの屈折率と板厚とが同一のガラス材質の基板６１４を配置している。
【００４３】
なお、上記説明した各実施形態では、第１のサファイア層６１３ｄの光学軸方向１０３Ｘ（−Ｘ軸方向）と第２のサファイア層６１３ｃの光学軸方向１０４Ｚ（−Ｚ軸方向）とが、互いに直交する場合を例に挙げて説明を行っている。しかしながら、第１のサファイア層６１３ｄの光学軸方向と第２のサファイア層６１３ｃの光学軸方向とが互いに直交さえしていればよい。したがって、上記各実施形態のように、光学軸方向が直交する方向は、−Ｘ軸方向と−Ｚ軸方向との組み合わせに限定されない。
【００４４】
また、上記説明した各実施形態では、ＸＤＰ６２０のＲＲ面に入射したＳ偏光光がＲＲ面、ＢＲ面で反射し、サファイア層の複屈折性に伴い発生するＰ偏光光の複屈折に起因する不要な光（迷光）を例に挙げて説明を行っている。しかしながら、ＸＤＰ６２０のＢＲ面に入射したＳ偏光光がＢＲ面、ＲＲ面で反射し、サファイア層の複屈折性に伴い発生するＰ偏光光の複屈折に起因する不要な光（迷光）の場合であっても同様である。
【００４５】
さらに、上記説明した各実施形態では、図９で説明したＸＤＰ６２０の第１の入射面から入射した緑色光（Ｐ偏光光）が、ＲＲ面およびＢＲ面を透過し、出射面から出射する場合を例に挙げて説明を行っている。しかしながら、本発明は、第２の入射面から入射した赤色光（Ｓ偏光光）が、ＲＲ面で反射された後、ＢＲ面を透過し、出射面から出射する場合についても適用可能である。さらに、本発明は、第３の入射面より入射した青色光（Ｓ偏光光）および緑色光（Ｓ偏光光）が、ＢＲ面で反射された後、ＲＲ面を透過し、出射面から出射する場合についても適用可能である。
【００４６】
また、上記説明した各実施形態では、ＸＤＰ側偏光板６１３で発生する複屈折に起因する不要な光（迷光）を防止することを例に挙げて説明を行っている。しかしながら、複屈折に起因する不要な光（迷光）は、光源側偏光板６１２でも発生する可能性がある。光源側偏光板６１２で複屈折に起因する不要な光（迷光）が発生した場合、液晶パネル６１１には、Ｓ偏光光以外の偏光光（例えば、Ｐ偏光光）が入射することになる。そのため、液晶パネル６１１が、偏光変換して透過するＰ偏光光以外の偏光方向を有する光を透過してしまい、偏光変換効率が悪化するという問題がある。この問題を解決するため、上記説明した各実施形態を、光源側偏光板６１２に対しても適用することが可能である。
【００４７】
（光学素子を用いたプロジェクタの構成）
図８は、本発明の各実施形態による光学素子を用いたプロジェクタの構成の一例を示す概略構成図である。なお、図８に示すプロジェクタ６００は、光をスクリーンＳに投写してスクリーンＳ上に映像を形成するプロジェクタを示している。
このプロジェクタ６００は、光源６２Ｒ、６２Ｇおよび６２Ｂと、照明光学系６１Ｒ、６１Ｇおよび６１Ｂと、光学素子６２Ａ２、６２Ａ３と、液晶セル６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂと、クロスダイクロイックプリズム（ＸＤＰ）６２０と、投写光学系４４とを備える。
なお、光学素子６２Ａ２は、光源６２Ｒ、６２Ｇおよび６２Ｂ側に設けられている。光学素子６２Ａ３は、ＸＤＰ６２０側に設けられている。光学素子６２Ａ２、６２Ａ３は、液晶セル６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂを挟み込むように配置されている。液晶セル６３Ｇは、上記説明したＬＣＤ６１１に対応する。光学素子６２Ａ２は、上記説明した光源側偏光板６１２に対応し、光学素子６２Ａ３は、ＸＤＰ側偏光板６１３に対応する。
【００４８】
光源６２Ｒ、６２Ｇおよび６２Ｂは、それぞれ波長が異なる光を発生する。例えば、光源６２Ｒから赤色光が出射され、光源６２Ｇから緑色光が出射され、光源６２Ｂから青色光が出射されるものとする。
【００４９】
照明光学系６１Ｒ、６１Ｇおよび６１Ｂは、それぞれ光源６２Ｒ、６２Ｇおよび６２Ｂから出射された各色の光を、入射側の光学素子６２Ａ２に導いて入射させる。
【００５０】
入射側の光学素子６２Ａ２を透過した各色の直線偏光は、液晶セル６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂのそれぞれに入射する。そして、液晶セル６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂは、入射した各色光を映像信号に応じて変調して出射する。
液晶セル６３Ｒ、６３Ｇおよび６３Ｂを透過した偏光は、出射側の光学素子６２Ａ３で変調された光のうち特定の偏光方向の光のみ透過する。
【００５１】
光学素子６２Ａ３から出射された各変調光は、ＸＤＰ６２０で合成されて、投写光学系４４に入射する。
投写光学系４４は、ＸＤＰ６２０から出射された合成光をスクリーンＳに投写して、スクリーンＳ上に映像信号に応じた映像を表示する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、光源素子１０１に、偏光部材１１２と、第１の基板１１３と、第２の基板１１４とを設けている。偏光部材１１２は、第１の偏光光を透過し、第１の偏光光とは偏光方向が異なる第２の偏光光を反射または吸収する。第１の基板１１３は、偏光部材１１２上に設けられた一軸結晶からなる。第２の基板１１４は、第１の基板１１３と対向して設けられた一軸結晶からなる。そして、第１の基板１１３と第２の基板１１４とを、互いの結晶軸１１３Ｘ、１１４Ｚが直交するように配置している。これにより、複屈折に起因する不要な光（迷光）の発生を防止し、光利用効率を向上でき、投写画像の高画質化を図ることが可能な光学素子および光学素子を用いたプロジェクタを提供することが可能になる。
【００５３】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５４】
４４    投写光学系
６１Ｒ、６１Ｂ、６１Ｇ    照明光学系
６２Ａ２、６２Ａ３、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５    光学素子
６３Ｒ、６３Ｂ、６３Ｇ    液晶セル
１１２    偏光部材
１１３    第１の基板
１１３Ｘ、１１４Ｚ    結晶軸
１１４    第２の基板
６００    プロジェクタ
６１０    液晶パネル部
６１１    液晶パネル
６１２    光源側偏光板
６１３    ＸＤＰ側偏光板
６１３ｂ    ワイヤーグリッド層
６１３ｃ    第２のサファイア層
６１３ｄ    第１のサファイア層
６１４    基板
６２０    ＸＤＰ（クロスダイクロイックプリズム）
６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、６２０ｄ    直角プリズム
【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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