(57)【要約】【課題】無偏光光から偏光方向が一定の直線偏光光を効率的に抽出する偏光照明光学素子の耐熱性を高め、かつ製造コストも低く抑える。【解決手段】偏光ビームスプリッタアレイ２４を構成する直角プリズム２７の底面に対面させてプリズムシート２５を接合する。プリズムシート２５の前面に、互いに平行となるように複数の直角プリズム要素３０を配列し、その表面に位相差補償膜３０ａを形成する。各々の直角プリズム要素３０の稜線を直角プリズム２７の稜線２７ａに対して４５度傾ける。偏光分離膜２６で反射したＳ偏光成分の直線偏光光を直角プリズム要素３０の一対の斜面に形成した位相差補償膜３０ａで順次に２回反射させ、偏光方向を９０度回転して直角プリズム２７に再入射させ、偏光分離膜２６を透過させて直角プリズム２７から取り出す。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が互いに直交する第一又は第二の直線偏光光のいずれか一方が入射したとき、その偏光方向を９０度回転させて他方の直線偏光光に変換して出射する偏光変換素子において、
複数の直角プリズム要素を各々の稜線が互いに平行かつ同一面上に並ぶように配列したプリズムシートを前記稜線が前記一方の直線偏光光の偏光方向に対して４５度傾くように配置し、前記プリズムシートの底面から入射した前記一方の直線偏光光を前記直角プリズム要素の一対の斜面でそれぞれ内面全反射させて他方の直線偏光光に変換し、前記プリズムシートの底面を通して前記一方の直線偏光光の入射方向と逆向きに出射させることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記一対の斜面に反射位相差を補償する誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜で内面全反射させることにより前記他方の直線偏光光を出射させることを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
【請求項３】
プリズム相互の接合面に偏光分離膜を備え、前記偏光分離膜に入射した無偏光光のうち偏光方向が互いに直交する第一または第二の直線偏光光の一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光分離膜で反射された他方の直線偏光光が出射する偏光ビームスプリッタの出射面に、前記プリズムシートの底面を対面させ、かつ前記他方の直線偏光光の偏光方向に対して前記稜線が４５度傾くように配置された請求項１または２記載の偏光変換素子とからなり、
前記偏光変換素子に入射した前記他方の直線偏光光を前記一対の斜面でそれぞれ内面全反射させることにより前記他方の直線偏光光を一方の直線偏光光に変換した後、前記偏光ビームスプリッタに再入射させるとともに前記偏光分離膜を透過させて偏光ビームスプリッタより出射させることを特徴とする偏光照明光学素子。
【請求項４】
前記偏光分離膜が直角プリズムの一対の斜面にそれぞれ設けられ、一方の偏光分離膜で反射された前記他方の直線偏光光は他方の偏光分離膜で再度反射して前記直角プリズムの底面から出射するように構成され、前記偏光変換素子は、前記直角プリズムの底面を直角プリズムの稜線と平行に二分する一方のエリアに設けられていることを特徴とする請求項３記載の偏光照明光学素子。
【請求項５】
前記直角プリズムの底面と、前記偏光変換素子との間に低屈折率層を設けたことを特徴とする請求項４記載の偏光照明光学素子。
【請求項６】
前記直角プリズムの稜線が互いに平行かつ同一面上に並ぶように前記偏光ビームスプリッタが複数個整列され、各々の直角プリズムの底面ごとに前記偏光変換素子が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の偏光照明光学素子。
【請求項７】
前記偏光変換素子の外周を構成する各端面を鏡面にしたことを特徴とする請求項６記載の偏光照明光学素子。
【請求項８】
前記各端面に反射位相差を補償する誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜で内面全反射させることにより入射した直線偏光光に生じる位相差を補償することを特徴とする請求項７記載の偏光照明光学素子。
【請求項９】
複数のマイクロレンズを配列した一対のマイクロレンズアレイを用いて光源ランプからの照明光を分割し、分割された照明光を液晶表示パネル上で重畳させて照明する照明光学系を備えるとともに、前記一対のマイクロレンズアレイの出射面の直後に請求項３〜８のいずれか記載の偏光照明光学素子が設けられたことを特徴とする液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一定の偏光方向をもつ直線偏光光の偏光方向を９０度回転させる偏光変換素子及び無偏光の照明光を一定の偏光方向をもつ直線偏光光に変換する偏光照明光学素子に関し、さらにはこれらを照明光学系中に用いた液晶プロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示パネルに表示させた画像を光源ランプからの光で照明してスクリーンに投写する液晶プロジェクタが種々製品化されている。よく知られるように、液晶表示パネルは液晶分子を封入した所定厚みの液晶層と、その入射面側と出射面側にそれぞれ配置された偏光子と検光子とを備えている。偏光子と検光子とはそれぞれの偏光方向が互いに直交、あるいは平行となるように配置され、液晶層に入射した直線偏光光の通過を液晶分子の配向姿勢に応じて制御し、検光子を通して出射する直線偏光光の光量調節を行う。
【０００３】
一方、液晶プロジェクタの照明光学系中には、光源からの無偏光光を液晶表示パネルの偏光子と同じ向きの偏光方向の直線偏光光に変換する偏光照明光学素子が用いられるのが通常である。このような偏光照明光学素子としては、特許文献１で知られるように、偏光ビームスプリッタと１／２波長板とを組み合わせたプリズムアレイが多用されている。偏光ビームスプリッタは、偏光方向が互いに直交する２種類の直線偏光光のうちの一方を透過させ他方を反射させる偏光分離面を備え、この偏光分離面で分離された二種類の直線偏光光のいずれかを１／２波長板を通して偏光方向を９０度回転させた後、他方の直線偏光光と併せることによって、偏光方向がそろった直線偏光光を得るようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２３５６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
偏光ビームスプリッタと１／２波長板とを組み合わせた従来の偏光照明光学素子は、偏光ビームスプリッタについてはガラスプリズムや耐熱性に富むプラスチック材料を用いるとともに偏光分離面には無機の誘電体多層膜を用いることにより十分な耐熱性が確保できるのに対し、１／２波長板には有機性のシートフイルムが用いられているため、光源の近くで長時間使用していると褪色が生じやすく偏光変換効率も劣化するなどの問題が生じやすい。耐熱性の改善のために、水晶などの複屈折性の結晶体を１／２波長板に用いることも提案されているが、結晶自体が高価であり、また結晶の光学軸を精密に管理しながら加工しなければならないため製造コストも高くなる。
【０００５】
本発明は以上の背景を考慮してなされたもので、上述した偏光照明光学素子に直線偏光光の偏光方向を９０度回転させるための機能素子として組み合わせることが可能で、耐熱性に優れ、しかも製造コストも低く抑えることができる偏光変換素子を提供することを目的とし、またこの偏光変換素子を組み合わせた偏光照明光学素子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】
本発明は上記目的を達成するために、偏光方向が互いに直交する第一又は第二の直線偏光光のいずれか一方が入射したとき、その偏光方向を９０度回転させて他方の直線偏光光に変換して出射する偏光変換素子を得るにあたり、複数の直角プリズム要素を各々の稜線が互いに平行かつ同一面上に並ぶように配列したプリズムシートを前記稜線が前記一方の直線偏光光の偏光方向に対して４５度傾くように配置し、前記プリズムシートの底面から入射した前記一方の直線偏光光を前記直角プリズム要素の一対の斜面でそれぞれ内面全反射させて他方の直線偏光光に変換し、前記プリズムシートの底面を通して前記一方の直線偏光光の入射方向と逆向きに出射させるように構成したものである。また、前記一対の斜面に反射位相差を補償する誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜と空気との界面で内面全反射させることにより、前記斜面だけの内部反射では第一偏光方向の成分光と第二偏光方向の成分光との間に位相差が生じるような光に対してはその位相差補償ができるようにしてある。
【０００７】
また、本発明の偏光照明光学素子は、上記偏光変換素子と偏光ビームスプリッタとの組み合わせで構成される。すなわち、プリズム相互の接合面に偏光分離膜を備え、前記偏光分離膜に入射した無偏光光のうち偏光方向が互いに直交する第一または第二の直線偏光光の一方を透過させ、他方を反射させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光分離膜で反射された他方の直線偏光光が出射する偏光ビームスプリッタの出射面に、前記プリズムシートの底面を対面させ、かつ前記他方の直線偏光光の偏光方向に対して前記稜線が４５度傾くように配置された前記偏光変換素子とから本発明の偏光照明光学素子が構成され、前記偏光変換素子に入射した前記他方の直線偏光光を前記一対の斜面でそれぞれ内面全反射させることにより前記他方の直線偏光光を一方の直線偏光光に変換した後、前記偏光ビームスプリッタに再入射させることによって、この直線偏光光は前記偏光分離膜を通して偏光ビームスプリッタ外に取り出せるようになる。
【０００８】
さらに、上記偏光照明光学素子を構成するにあたっては、前記偏光分離膜を直角プリズムの一対の斜面にそれぞれ設け、一方の偏光分離膜で反射された前記他方の直線偏光光を他方の偏光分離膜で再度反射させて直角プリズムの底面から出射するように構成することも可能で、この場合、前記偏光変換素子は前記直角プリズムの底面を直角プリズムの稜線と平行に二分する一方のエリアに設けられる。また、前記直角プリズムの底面と、前記偏光変換素子との間に隙間を設け、さらにはプリズムシートの端面を鏡面にし、さらにはその表面に位相差補償膜を設けておくことも有効である。この偏光ビームスプリッタをアレイ状に複数個整列させ、各々の直角プリズムの底面を二分する一方のエリアごとに偏光変換素子を設けることも本発明の有効な実施形態である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ製造コストも低く抑えることができる偏光変換素子が得られ、互いに直交する偏光方向をもつ第一または第二の直線偏光光の一方が入射したとき、これを第二の直線偏光光に効率的に変換することが可能となる。また、この偏光変換素子をビームスプリッタアレイと組み合わせることによって、例えば光源から放射された無偏光光を、従来装置と比べてほとんど漏れ光がない状態で効率的に直線偏光光に変換することが可能となり、液晶プロジェクタなどに好適な偏光照明光学素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
液晶プロジェクタの光学系は、光源装置Ｓとともに概略的に図１のように構成されている。光源装置Ｓは、図２に示すように超高圧水銀ランプなどの高輝度の光源ランプ２を備え、リフレクタ３とともに用いられている。照明光路中には、赤外線及び紫外線カット用のフィルタ４が設けられ、種々の偏光光が合成された無偏光・可視域の照明光は第一レンズアレイ５にほぼ平行光となって入射する。第一レンズアレイ５は、複数のセグメントレンズを液晶表示パネルの矩形形状に倣うように矩形マトリクス状に配列したもので、同様の構造をもつ第二レンズアレイ６上に等価的にセグメントレンズの個数分の擬似光源を形成する。
【００１１】
第二レンズアレイ６上に形成された擬似光源からの照明光は、周辺光でも５〜６°程度の小さな入射角で偏光照明光学素子７に入射する。偏光照明光学素子７は、様々な偏光光を含む無偏光の照明光中から紙面と垂直な偏光方向をもった直線偏光光を分離して照明レンズ８に入射させる作用をもつ。照明レンズ８は、擬似光源ごとに偏光照明光学素子７から直線偏光となって出射した個々の照明光を、Ｂ（青色光）チャンネル、Ｇ（緑色光）チャンネル、Ｒ（赤色光）チャンネルのそれぞれに設けられた液晶表示パネルの有効画面全体に導いて重畳させ、これにより各チャンネルの液晶表示パネルを均一に照明する。
【００１２】
照明レンズ８を通して光源装置Ｓから出射した照明光は、図１に示すように、まずダイクロイックミラー１０に入射して青色光が透過し、他色光が反射される。青色光は全反射ミラー１１を経てフィールドレンズ１２Ｂに入射する。フィールドレンズ１２Ｂ上には、照明レンズ８の作用により擬似光源からの光束が重畳され、その背後に設けられた液晶表示パネル１４Ｂの有効画面内を均一に照明する。また、ダイクロイックミラー１０で反射された色光のうちの緑色光が次のダイクロイックミラー１５で反射され、同様にフィールドレンズ１２Ｇを経て液晶表示パネル１４Ｇに均一な照明を与える。
【００１３】
ダイクロイックミラー１５を透過した赤色光は、第１リレーレンズ１６、全反射ミラー１７、第２リレーレンズ１８、全反射ミラー１９を経てフィールドレンズ１２Ｒに導かれ、同様に液晶表示パネル１４Ｒを背面側から均一に照明する。Ｒチャンネルの照明光路長はＢ，Ｇチャンネルよりも長くなるため、そのままでは照明レンズ８の作用がＲチャンネルで損なわれるが、第１，第２リレーレンズ１６，１８を用いることにより照明レンズ８の作用はＲチャンネルでも同様に保たれる。
【００１４】
フィールドレンズ１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒにより、周辺光量も落とすことなく各液晶表示パネル１４Ｂ，１４Ｇ，１４Ｒは背面側から直線偏光した照明光で均一に照明される。そして、それぞれの液晶表示パネル１４Ｂ，１４Ｇ，１４Ｒを透過したチャンネルごとの画像光はクロスダイクロイックプリズム２０で合成され、フルカラーの画像光として投射レンズ２２に入射し、スクリーンに向かって投射される。
【００１５】
光源装置Ｓに用いられている偏光照明光学素子７は、図３に示すようにほぼ矩形状の外観を呈しており、偏光ビームスプリッタアレイ２４と、その光入射面側に接合されたプリズムシート２５とから構成されている。偏光ビームスプリッタアレイ２４は、一対の斜面にそれぞれ誘電体多層膜からなる偏光分離膜２６が形成された直角プリズム２７を、各々の稜線２７ａが同一平面上で互いに平行になるように隣接して配置し、また背面側の凹凸を補うように同一形状の直角プリズム２８を接合したものである。偏光分離膜２６は、直角プリズム２７の底面からほぼ垂直に入射して偏光分離膜２６に略４５度で入射した照明光の中から、Ｐ偏光成分の直線偏光光（偏光分離膜２６の法線と入射光線とを含む面に平行な偏光方向をもつ）を透過させ、Ｓ偏光成分の直線偏光光（Ｐ偏光成分の直線偏光光の偏光方向と直交する偏光方向をもつ）反射させる作用をもつ。
【００１６】
プリズムシート２５は、図４の部分拡大図に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ２４を構成する直角プリズム２７の底面に接合される短冊状のシートで、透明なプラスチックまたはガラスで製造することができる。プリズムシート２５は、図示のように、複数の直角プリズム要素３０を互いの稜線が平行かつ同一面上に並ぶように配列したもので、直角プリズム２７の底面を稜線２７ａと平行に二分した一方のエリアＡ１を覆うように位置決めされる。また、二分された直角プリズム１５の底面の他方のエリアＡ２はそのまま外部に露呈される。なお、他方のエリアＡ２を覆う部分を平行平面にしておけば、短冊状の複数枚のプリズムシート２５を一連に連続したものにすることも可能である。
【００１７】
プリズムシート２５を構成する直角プリズム要素３０は、それぞれの稜線が直角プリズム２７の稜線２７ａに対して４５度になるように傾けられ、図５に示すようにその表面には誘電体多層膜からなる位相差補償膜３０ａが形成されている。この位相差補償膜３０ａは、直角プリズム２７の偏光分離膜２６で反射されたＳ偏光成分の直線偏光光が直角プリズム２７の底面から出射し、直角プリズム要素３０の斜面に入射する際に、Ｓ偏光成分の直線偏光光の偏光方向が直角プリズム要素３０の稜線に対して４５度の角度で傾斜していることに伴い、その一対の斜面だけで内面全反射したときに生じる位相差を補償するために設けられている。したがって、この位相差補償膜３０ａは、直角プリズム要素３０での内面全反射による損失が許容される場合には省略してもよい。
【００１８】
上記のように直角プリズム要素３０に入射するＳ偏光成分の直線偏光光は、直角プリズム要素３０の一対の斜面で２回内面全反射することにより光路が１８０度反転されるとともに偏光方向が９０度回転する。そしで、再び直角プリズム２７の底面から偏光分離膜２６に入射するときにはＰ偏光成分の直線偏光光に変換されるが、２回の内面全反射を行う際にＳ偏光成分の直線偏光光に位相差が生じてしまうため偏光方向が一律の完全なＰ偏光成の直線偏光光には変換されず、一部に偏光方向にずれをもった光を含む直線偏光光になる。したがって、直角プリズム２７の底面から再入射して偏光分離膜２６を透過してくるＰ偏光成分の直線偏光光はその一部が失われ２０〜３０％程度は損失されてしまう。
【００１９】
これに対し、上記の位相差補償膜３０ａは図６に示す補償特性を有しているため、可視域のほぼ全域にわたって良好な位相差補正が行われることがわかる。そして、直角プリズム要素３０に入射したＳ偏光成分の直線偏光光は、その偏光方向が直角プリズム要素３０の稜線に対して４５度の角度で入射した場合であっても、位相差補償膜３０ａで２回の内面反射を行う間に良好な位相差補償が行われ、ほぼ損失のないＰ偏光成分の直線偏光光として再び直角プリズム２７に入射する。なお、このような位相差補償膜３０ａは一例として表１に示す膜構成で実現することができる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示す膜構成の位相差補償膜３０ａは、誘電体薄膜材料として多用されているＴｉＯ２とＳｉＯ２との２種類の交互層で製造することができるため、製造コストも低く抑えることができる。なお、反射位相差補償膜３０ａはこの膜構成に限られず、透明であれば種々の薄膜材料を用いることが可能で積層数や膜厚などは薄膜設計に基づいて適宜に設定することができる。
【００２２】
上記偏光照明光学素子７の作用について説明する。第二マイクロレンズアレイ６を構成する個々のマイクロレンズから主光線が略平行に出射した無偏光の照明光は、それぞれのマイクロレンズごとに偏光照明光学素子７に入射する。図５に示すように、マイクロレンズから出射してプリズムシート２５を通さずに偏光ビームスプリッタアレイ２４に入射した照明光は、直角プリズム２７の底面のエリアＡ２を通って偏光分離膜２６ａに４５度の入射角で入射する。
【００２３】
偏光分離膜２６ａは入射した照明光の中からＰ偏光成分の直線偏光光を透過し、Ｓ偏光成分の直線偏光光を４５度で反射する。透過したＰ偏光成分の直線偏光光はそのまま直角プリズム２８を通って偏光ビームスプリッタアレイ２４から出射する。また、反射されたＳ偏光成分の直線偏光光は頂角９０度で対面している他方の偏光分離膜２６ｂで再度反射され、直角プリズム２７の底面のエリアＡ１から出射してプリズムシート２５に向かう。
【００２４】
この直線偏光光は、偏光方向（偏光面）が紙面に対して垂直なＳ偏光成分からなる偏光光になっているが、その偏光方向に対して稜線が４５度傾いた直角プリズム要素３０に入射すると、その一対の斜面に形成された位相差補償膜３０ａでそれぞれ内面全反射する間に偏光方向が９０度回転し、直角プリズム２７の他方の偏光分離膜２６ｂに対しては偏光方向が紙面と平行なＰ偏光成分の直線偏光光となって入射する。したがって、この直線偏光光は偏光分離膜２６ｂを透過し、偏光分離膜２６ａを透過したＰ偏光成分の直線偏光光とともに液晶表示パネルの照明光として利用することができるようになる。
【００２５】
以上のように、この偏光照明光学素子７を利用することによって、無偏光光として光源から放射された照明光の中から、Ｐ偏光成分の直線偏光光をほぼ損失なく取り出すことが可能となり、液晶表示パネルを効率的に照明することができる。なお、位相差補償膜３０ａを省略してもその損失は低レベルに抑えることができるので、ローコストタイプとして実用化することも可能である。
【００２６】
上記偏光照明光学素子７に用いられているプリズムシート２５は、１／２波長板と同様に、直線偏光光の偏光方向を９０度回転させる偏光変換素子として用いられている。しかし、この偏光変換素子は、従来用いられている１／２波長板と異なり、耐熱性に優れたガラスやプラスチック材料で製造することができるので、液晶プロジェクタの光源近傍などのように高温度になる環境下でも十分な耐久性をもつ。なお、上記直角プリズム要素３０の外表面に高反射率の金属膜を形成し、その表面反射を利用して偏光方向を９０度回転させることも可能ではあるが、金属膜の表面反射ミラーは特性上十分に高い反射率を得ることができない。この点、上記のように直角プリズム要素３０の一対の斜面あるいは位相差補償膜３０ａにおける内面全反射を利用することにより、単に光の利用効率が高くなるだけでなく耐久性の点でも格段に優れたものとなる。
【００２７】
図７に本発明の変形例を示す。この実施形態では、直角プリズム２７の底面とプリズムシート２５との間に、０．１ｍｍ程度のエアーギャップＳが設けられている。図２に示す第二レンズアレイ６のセグメントレンズからの照明光は、その全てが光軸と平行にはならず、図７に符号Ｍで示すように一部の光線は５°程度の傾きをもって直角プリズム２７の底面から入射する。このため、偏光分離膜２６ａで反射したＳ偏光成分の直線偏光光Ｋが他方の偏光分離膜２６ｂに入射せずに直角プリズム２７の底面に達することがある。
【００２８】
この場合、直角プリズム２７の底面に、直角プリズム２７と同程度の屈折率をもつ接合剤でプリズムシート２５が接合されていると、直線偏光光Ｋはそのまま大きな入射角でプリズムシート２５に入射し、再び直角プリズム２７に入射することなく失われてしまう結果となる。この点、エアーギャップＳを設けておくことによって、直線偏光光Ｋは直角プリズム２７の底面で内面全反射した後、他方の偏光分離膜２６ｂに入射するようになる。そして、偏光分離膜２６ｂで反射した後に直角プリズム２７のエリアＡ１からプリズムシート２５に向かって出射し、さらに直角プリズム要素３０で反射され再び直角プリズム２７に戻すことができるようになり、照明光の利用効率をより高めることが可能となる。エアーギャップＳを設けるには、直角プリズム２７の底面とプリズムシート２５との間に適宜のスペーサを挟むだけでよい。
【００２９】
なお、上述した直線偏光光Ｋを直角プリズム２７の底面で内面全反射させやすくするには、直角プリズム２７の底面が直角プリズム２７よりも屈折率の低い低屈折率層に接していればよい。したがって、上記のようにエアーギャップＳを設ける代わりに、直角プリズム２７の底面にＭｇＦ２やＳｉＯ２のような低屈折の誘電体層を形成したり、また直角プリズム２７よりも屈折率が低いシリコン樹脂のような接着剤でプリズムシート２５を直角プリズム１５の底面に接合したりすることも可能である。
【００３０】
偏光照明光学素子７の光の利用効率をさらに高めるには、図８に示すようにプリズムシート２５の外周を構成する各端面２５ａ，２５ｂを鏡面仕上げし、さらに各端面２５ａ，２５ｂにも直角プリズム要素３０の表面に形成した位相差補償膜３０ａを設けておくことも有効である。前述したように、第一，第二レンズアレイ５，６のようないわゆる一対のフライアイレンズを用いた照明光学系では、直角プリズム２７に入射する光線には角度をもって入射するものも含まれ、その角度方向も様々である。したがって、直角プリズム２７から出射してプリズムシート２５に入射した光線の中には、プリズムシート２５の端面２５ａ，２５ｂに向かう光線も含まれる。こうした光線は、端面２５ａ，２５ｂが鏡面に研磨されている場合には、そのほとんどが内面全反射してプリズムシート２５に戻され照明光として利用することができるようになる。そして、プリズムシート２５から不要な光が漏れ出ることを防ぎ、液晶プロジェクタの照明光学系中の迷光を軽減して画像のコントラストを高めるという効果が得られる。
【００３１】
なお、照明光の利用効率を高めるだけであれば端面２５ａ，２５ｂの位相差補償膜３０ａは省略も可能ではあるが、本実施形態のように、これらの端面２５ａ，２５ｂにも直角プリズム要素３０の表面に形成したものと同じ膜構成で位相差補償膜３０ａを形成しておけば、端面２５ａ，２５ｂのみの内面全反射で照明光を利用する場合よりも、より位相がそろったＰ偏光光で液晶表示パネルを照明することができるから、画像のコントラストはさらに改善されるようになる。
【００３２】
図９は、上記プリズムシート２５を偏光変換素子３５として用いた例を示す。この偏光変換素子３５を構成する直角プリズム要素３０の斜面には、先の実施形態で述べたように、同様の位相差補償膜３０ａが形成されている。偏光ビームスプリッタ３６は、同サイズの直角プリズム３６ａ，３６ｂを各々の底面で接合し、その一方の底面には偏光分離膜２６が形成されている。
【００３３】
周知の手法で得られたＳ偏光成分の直線偏光光をプリズム３６ａの入射面から入射させると偏光分離膜２６によって垂直下方向に反射され、プリズム３６ａの出射面を通って偏光変換素子３５に入射する。そして、偏光変換素子３５を構成する直角プリズム要素３０の一対の斜面に形成された位相差補償膜３０ａで２回内部全反射され、その偏光方向が９０度回転し、その出射面を通して再びプリズム３６ａに戻される。再入射した直線偏光光は、偏光分離膜２６に対してＰ偏光成分の直線偏光に変換されているから、この直線偏光光は偏光分離膜２６を透過し、ビームスプリッタ３６の出射面からはＰ偏光成分の直線偏光光として取り出すことができる。
【００３４】
液晶プロジェクタに限らず、直線偏光光を扱う分野では用途に応じて偏光方向を９０度回転させる必要が生じてくるが、こうした場合にも上記偏光変換素子３５をビームスプリッタ３６と組み合わせて利用することができる。なお、図９において、プリズム３６に入射させたＳ偏光成分の直線偏光光に変えて無偏光光を入射させてもよく、この場合には、図示したＰ偏光成分の直線偏光光のほかに、偏光分離膜２６を透過したＰ偏光成分の直線偏光光を取り出すことも可能で、無偏光光から効率的にＰ偏光成分の直線偏光光を取り出す光学系としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】液晶プロジェクタの照明光学系の要部を示す概略図である。
【図２】液晶プロジェクタの光源装置の要部を示す概略図である。
【図３】偏光照明光学素子の外観図である。
【図４】偏光照明光学素子の構造を示す部分破断斜視図である。
【図５】偏光照明光学素子の作用説明図である。
【図６】位相差補償膜の補償特性を示すグラフである。
【図７】偏光照明光学素子の他の実施形態の作用説明図である。
【図８】プリズムシートの他の例を示す斜視図である。
【図９】本発明の偏光変換素子を用いた別の実施形態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
７  偏光照明光学素子
２４  偏光ビームスプリッタアレイ
２５  プリズムシート
２６  偏光分離膜
２７  直角プリズム
３０  直角プリズム要素
３０ａ  位相差補償膜
３５  偏光変換素子
３６  偏光ビームスプリッタ
【図１】
2010015126.tif 000004
【図２】
2010015126.tif 000005
【図３】
2010015126.tif 000006
【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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