(57)【要約】【課題】結晶板を無駄なく利用することができ、比較的低コストで高性能の偏光変換装置及びこれを組み込んだプロジェクタを提供すること。【解決手段】中心側の第１の位相差素子８５ａ（例えば要素Ａ４２，Ａ５２）が外側の第２の位相差素子８５ａ（例えば要素Ａ１１，Ａ１９，Ａ８１，Ａ８９）よりも大きな入射面積を有するので、第１及び第２レンズアレイ２３，２４によって分割されて偏光変換装置２７の位置に形成される光源像の部分光束ＢＳを効率的に位相差素子に取り込むことができる。つまり、第１及び第２レンズアレイ２３，２４によって形成される光源像は、中心側で大きくなって隣接する光源像とつながり易い傾向を有するが、中心側の第１の位相差素子８５ａの入射面積を大きくすることで、中心側に形成される１つ又は２つ以上の光源像の部分光束を位相差素子８５ａ内に比較的少ない損失で取り込むことができる。【選択図】図１
2010060687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過及び反射によって２つの偏光の分離を行う偏光分離膜と、
前記偏光分離膜で反射された一方の偏光を反射する反射膜と、
前記偏光分離膜の透過光路と前記反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上の有効領域内に設けられ、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を前記有効領域内に配列することによって構成される位相差板と、を備え、
前記複数の位相差素子は、第１の位相差素子と、前記第１の位相差素子よりも中心から遠い第２の位相差素子とを含み、
前記第１の位相差素子は、前記第２の位相差素子よりも大きな入射面積を有する、
偏光変換装置。
【請求項２】
前記第１の位相差素子は、最も中心に配置される位相差素子であり、前記第２の位相差素子は、中心からの距離が最も長い位置に配置される位相差素子である、請求項１に記載の偏光変換装置。
【請求項３】
前記位相差板を構成する各位相差素子は、矩形の輪郭の入射面を有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の偏光変換装置。
【請求項４】
前記複数の位相差素子は、前記有効領域の長手方向に一列に配列されている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の偏光変換装置。
【請求項５】
前記複数の位相差素子は、前記有効領域の長手方向に一列に配列されており、各位相差素子は、配列方向に平行な２つの辺と配列方向に対して直角以外の所定の傾斜角度をなす２つの辺とを有する四角形の輪郭の入射面を有する、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載の偏光変換装置。
【請求項６】
前記偏光分離膜と、前記反射膜と、前記位相差板とを一組の変換ユニットとして、複数組の変換ユニットを、前記位相差板の前記有効領域の延びる方向であって前記有効領域の長手方向に垂直な方向に配列して構成する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の偏光変換装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の偏光変換装置を有し、前記偏光変換装置によって偏光方向を揃えた照明光を用いるプロジェクタ。
【請求項８】
光束を射出する光源と、
前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
前記第１レンズアレイから射出された前記複数の部分光束の状態を個別に調整する第２レンズアレイと、
前記第２レンズアレイを経た前記複数の部分光束を、照明光として対象とする被照明領域に重畳して入射させる重畳レンズと、
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の偏光変換装置と、
前記偏光変換装置によって偏光方向を揃えられた照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成するライトバルブと、
前記ライトバルブで形成された画像光を投射する投射光学系と、
を備えるプロジェクタ。
【請求項９】
前記第１の位相差素子に入射する前記第１レンズアレイからの部分光束の数は、前記第２の位相差素子に入射する前記第１レンズアレイからの部分光束の数以上に設定されている、請求項８に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光束を特定方向の偏光に揃えるための偏光変換装置及びこれを組み込んだプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタに組み込まれる照明装置として、液晶表示パネルを照明する照明光を特定方向の偏光とすることができる偏光変換装置を組み込んだものが存在する。
【０００３】
このような偏光変換装置は、例えば偏光分離膜を内蔵するプリズムと、反射膜を内蔵するプリズムとを交互に接合した構造を有し、各偏光分離膜の射出側に位相差板が配置されるが、この位相差板は、入射光の入射角度や波長範囲の広がりを考慮して水晶平板を積層したものとされる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような位相差板は、ストライプ状に配列されることから配列方向に垂直な方向に長尺の形状を有しており、長手方向に対して傾いた光学軸を有することになる。したがって、このような位相差板を作製するには、光学軸方向に結晶成長した略四角形の結晶板である水晶板を斜めに切り出す必要があるため、対角線状に延びる帯状部分しか利用できず水晶板の大半が無駄になってしまう。また、大きな位相差板を取り出すためには、大きな水晶板が必要となり、結晶成長に長時間を要するとともに、サイズの増加に伴って水晶板の価格が極端に増加してしまう。 
ここで、位相差板をレンズアレイの各小レンズに対応させて複数の同一形状の位相差素子に分割することも考えられるが、偏光変換装置の位置に形成される光源像は一様でなく、分割箇所によってはその境界に比較的明るい有効光が入射することになり、光利用効率が低下する可能性もある。
【０００５】
そこで、本発明は、結晶板を無駄なく利用することができ、比較的低コストで高性能の偏光変換装置及びこれを組み込んだ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、本発明に係る偏光変換装置は、（ａ）透過及び反射によって２つの偏光の分離を行う偏光分離膜と、（ｂ）偏光分離膜で反射された一方の偏光を反射する反射膜と、（ｃ）偏光分離膜の透過光路と反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上の有効領域内に設けられ、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を有効領域内に配列することによって構成される位相差板と、を備え、（ｄ）複数の位相差素子は、第１の位相差素子と、第１の位相差素子よりも中心から遠い第２の位相差素子とを含み、（ｅ）第１の位相差素子は、第２の位相差素子よりも大きな入射面積を有する。
【０００７】
上記偏光変換装置によれば、位相差板が、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を有効領域内に配列することによって構成されるので、各位相差素子のサイズを小さくすることができる。これにより、位相差素子を取り出す原材料としての結晶板を小さくして結晶板を無駄なく利用することができ、位相差板の単価を抑えることができる。また、上記偏光変換装置において、中心側の第１の位相差素子が外側の第２の位相差素子よりも大きな入射面積を有するので、レンズアレイによって分割されて偏光変換装置の位置に形成される光源像の部分光束を効率的に位相差素子に取り込むことができる。つまり、レンズアレイによって分割される光源像は、中心側で大きくなって隣接する光源像とつながり易い傾向を有するが、中心側の第１の位相差素子の入射面積を大きくすることで、中心側に形成される１つ又は２つ以上の光源像の部分光束を位相差素子内に比較的少ない損失で取り込むことができる。
【０００８】
本発明の別の側面によれば、位相差板を構成する各位相差素子が、矩形の輪郭の入射面を有する。この場合、複数の位相差素子をブロックのように配置することができる。特に、偏光変換装置が細長い有効領域を有する場合、この有効領域内に矩形の位相差素子を敷き詰めるように配列することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の側面によれば、複数の位相差素子が、有効領域の長手方向に一列に配列されている。この場合、位相差板を単純に長手方向に関して複数に分割して構成することになる。
【００１０】
本発明のさらに別の側面によれば、複数の位相差素子が、前記有効領域の長手方向に一列に配列されており、各位相差素子が、配列方向に平行な２つの辺と配列方向に対して直角以外の所定の傾斜角度をなす２つの辺とを有する四角形の輪郭の入射面を有する。この場合、レンズアレイによって分割され偏光変換装置の位置に形成される光源像の輪郭が細長くその長手方向が位相差素子の配列方向に対して傾いている場合にも、光源像の部分光束を効率的に位相差素子に取り込むことができる。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、偏光分離膜と、反射膜と、位相差板とを一組の変換ユニットとして、複数組の変換ユニットを、位相差板の有効領域の延びる方向であって有効領域の長手方向に垂直な方向に配列して構成する。この場合、複数組の変換ユニットを組み合わせた全体として比較的広い面積に亘る光束に対して偏光変換が可能になる。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタは、上述の偏光変換装置を有し、偏光変換装置によって偏光方向を揃えた照明光を用いる。
【００１３】
上記プロジェクタでは、比較的低コストで高性能の偏光変換装置を組み込んでおり、安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。
【００１４】
本発明に係る別のプロジェクタは、（ａ）光束を射出する光源と、（ｂ）光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、（ｃ）第１レンズアレイから射出された複数の部分光束の状態を個別に調整する第２レンズアレイと、（ｄ）第２レンズアレイを経た複数の部分光束を、照明光として対象とする被照明領域に重畳して入射させる重畳レンズと、（ｅ）上述の偏光変換装置と、（ｆ）偏光変換装置によって偏光方向を揃えられた照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成するライトバルブと、（ｇ）ライトバルブで形成された画像光を投射する投射光学系とを備える。
【００１５】
上記プロジェクタでは、ライトバルブ用の照明系に比較的低コストで高性能の偏光変換装置を組み込んでおり、安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。
【００１６】
また、本発明の具体的な側面によれば、上記プロジェクタにおいて、第１の位相差素子に入射する第１レンズアレイからの部分光束の数は、第２の位相差素子に入射する第１レンズアレイからの部分光束の数以上に設定されている。この場合、中心側で大きくなって互いにつながった隣接する光源像に対応する複数の部分光束を単一の位相差素子に効率よく取り込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る偏光変換装置及びこれを組み込んだプロジェクタの構造を説明する概念図である。
【００１８】
このプロジェクタ１００は、光源から得た照明光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つのライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃを含む。各ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、異なる色光をそれぞれ変調して画像表示を行う液晶表示装置である。
【００１９】
上記プロジェクタ１００において、光源装置１０は、光源の一例である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。
【００２０】
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アレイで形成された偏光変換部であり、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に揃えて直線偏光にする役割を有する。
【００２１】
図２（Ａ）は、図１に示す偏光変換装置２７の平面図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の偏光変換装置２７の正面図である。また、図３は、偏光変換装置２７の一部の構造等を説明する拡大平面図である。
【００２２】
この偏光変換装置２７は、システム光軸ＳＡの−Ｘ側に配置される第１部分２７ａと、システム光軸ＳＡの＋Ｘ側に配置される第２部分２７ｂと、システム光軸ＳＡ上に配置される間隔調整部材２７ｃとを備える。ここで、第１部分２７ａは、Ｘ方向に配列される例えば４本の偏光変換素子８０を備え、第２部分２７ｂも、Ｘ方向に配列される例えば４本の偏光変換素子８０を備える。また、間隔調整部２７ｃは、四角柱状の部材であり、入射側に遮光用のマスク２７ｍを有する。なお、この偏光変換装置２７は、システム光軸ＳＡを通りシステム光軸ＳＡに直交する一対の中心軸ｘ、ｙに関して、対称な形状を有している。かかる対称性の中心軸ｘ、ｙは、それぞれプロジェクタ１００の軸Ｘ、Ｙ軸に平行になっている。また、中心軸ｘ、ｙの交点である偏光変換装置２７の中心は、入射光束の中心であるシステム光軸ＳＡ上に一致して配置されている。
【００２３】
第１部分２７ａや第２部分２７ｂを構成する個々の偏光変換素子８０は、Ｙ方向に延びる四角柱のブロック状部材であり、互いに同一構造を有している。各偏光変換素子８０は、第１、第２、及び第３プリズム８１，８８，８９と、偏光分離膜８３と、反射膜８４と、位相差板８５と、マスク８６とを一組とした変換ユニットである。ここで、第１プリズム８１は、ガラス等で形成された透光性の部材であり、底面（ＸＺ面に平行な面）が平行四辺形である四角柱状の外形を有している。第２及び第３プリズム８８，８９は、それぞれガラス等で形成された透光性の部材であり、それぞれ底面が三角形である三角柱状の外形を有している。第１プリズム８１の左右両端の斜面には、この斜面を充填してコーナを形成するように第２及び第３プリズム８８，８９が接合されており、全体として、底面が長方形の四角柱の外形をなす。
【００２４】
以上のうち、第１プリズム８１は、図３に示すように、ＸＹ面に対してともに平行な入射面８１ａ及び射出面８１ｂと、これらの面８１ａ，８１ｂに対してそれぞれ４５°傾斜し互いに平行な分離面８１ｃ及び反射面８１ｄとを備える。ここで、分離面８１ｃは偏光分離膜８３を支持し、反射面８１ｄは反射膜８４を支持する。なお、詳細な説明は省略するが、システム光軸ＳＡに近い側の第２プリズム８８は、射出面８８ｂと、分離面８８ｃとを有し、システム光軸ＳＡから遠い側の第３プリズム８９は、入射側面８９ａと反射面８９ｄとを有する。これらのプリズム８１，８８，８９は、第２及び第３プリズム８８，８９によって第１プリズム８１を挟むように組み合わされた状態で光学接着剤によって互いに接着されている。この際、両プリズム８１，８８の分離面８１ｃ，８８ｃ同士を対向させ、両プリズム８１，８９の反射面８１ｄ，８９ｄ同士を対向させる。
【００２５】
偏光分離膜８３は、一対のプリズム８１，８８の分離面８１ｃ，８８ｃ間において、光束の進行方向であるＺ軸方向に対し４５°傾斜した状態でされている。偏光分離膜８３は、入射光ＩＬの光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。この場合、偏光分離膜８３は、誘電体多層膜からなる偏光分離素子として、偏光変換装置２７に入射した入射光ＩＬの偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射により第１の偏光として折り曲げ、Ｐ偏光を透過により第２の偏光として直進させることによって分離するものとする。なお、偏光分離膜８３は、第１プリズム８１の一方の傾斜側面である分離面８１ｃ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。
【００２６】
反射膜８４は、一対のプリズム８１，１９の反射面８１ｄ，８９ｄ間において光束の進行方向であるＺ軸方向に対して４５°傾斜した状態で配置されている。つまり、反射膜８４は、第１プリズム８１を挟んで偏光分離膜８３に対向して平行に配置されている。反射膜８４は、誘電体多層膜からなる反射素子として、偏光分離膜８３により反射された第１の偏光をさらに反射することで、その光路を第２の偏光と同一の方向に変換させる。なお、反射膜８４は、第１プリズム８１の他方の傾斜側面である反射面８１ｄ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。
【００２７】
位相差板８５は、第２プリズム８８の射出面８８ｂに対向して接合されており、半波長位相差板として、偏光分離膜８３を透過したＰ偏光である第２の偏光をＳ偏光に変換する。なお、位相差板８５は、第１プリズム８１の射出面８１ｂ上に設けることもできるが、この場合、偏光分離膜８３で反射されたＳ偏光である第１の偏光をＰ偏光に変換することになる。
【００２８】
マスク８６は、第３プリズム８９の入射側面８９ａを覆うように設けられており、遮光性の材料からなる遮光板としてプリズム８９に直接入射する不要な光を遮断する。
【００２９】
以上の偏光変換素子では、第１プリズム８１に入射した入射光ＩＬが、偏光分離膜８３により、反射される一方の偏光である第１光線ＰＬ１と、通過する他方の偏光である第２光線ＰＬ２とに分岐される。この際、不要な光がマスク８６により遮断される。次に、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、位相が変わることなく射出面８１ｂからＳ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、位相差板８５により位相が反転し、Ｓ偏光として射出される。以上により、偏光変換装置２７に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光光束の偏光方向がＳ偏光に揃えられた照明光として略同一方向に射出される。
【００３０】
以上の偏光変換装置２７において、各偏光変換素子８０には、図２（Ｂ）に示すように、第２レンズアレイ２４のうち縦一列に対応する１０の要素レンズ２４ａ（図１参照）を経た光源像として、１０の部分光束ＢＳが入射する。ここで、中心側の部分光束ＬＣは、相対的に大きく互いに接し或いは近接するが、外側の部分光束ＬＰは、相対的に小さく互いに大きく離間する。
【００３１】
以下、偏光変換素子８０の射出側に配置される位相差板８５の詳細な構造について説明する。
【００３２】
図２（Ｂ）に示すように、各位相差板８５は、多数の位相差素子８５ａを第２プリズム８８の透過光路の有効領域ＥＡ内においてＹ方向に一列に配列することによって構成される。透過光路の有効領域ＥＡとは、第２プリズム８８の通過光を例えばＰ偏光からＳ偏光に変換するための領域であり、第２プリズム８８の射出面８８ｂの輪郭に対応し、結果的に位相差板８５のＸＹ面内での開口輪郭に相当する。これらの位相差素子８５ａは、それぞれ長方形又は矩形の輪郭を有する平板であり、有効領域ＥＡの長手方向であるＹ軸方向に沿って一列に敷き詰めるように配置されている。このように位相差板８５を長手方向に分割して多数の位相差素子８５ａで構成することにより、有効領域ＥＡ内に１枚の位相差素子を配置する場合に比較して、位相差素子８５ａのサイズを小さくすることができ、位相差素子８５ａを取り出す原材料としての水晶板を小さくでき、水晶板を無駄なく利用することができる。さらに、位相差板８５を多数の位相差素子８５ａに分割することで、位相差板８５全体に与えられる応力を低減できる。なお、位相差板８５を一枚で構成した場合、接着応力や熱応力によって割れが生じ易くなる傾向がある。
【００３３】
各位相差板８５の有効領域ＥＡ内に配列される位相差素子８５ａは、複屈折性を有する結晶板として例えば水晶製の薄い板材を複数積層したものであり、各結晶板の光学軸や厚みを調整することにより、入射光すなわち部分光束ＢＳに対して所望の位相差を与えることができる。また、これらの位相差素子８５ａは、同一のサイズに設定されておらず、全体としては、中央側でＸＹ面内の入射面積が相対的に大きく、周辺側でＸＹ面内の入射面積が相対的に小さいものとなっている。
【００３４】
具体的に説明すると、最も−Ｘ側の第１列目の位相差板８５と、最も＋Ｘ側の第８列目の位相差板８５とは、位相差素子８５ａとして、要素Ａ１１〜Ａ１９，Ａ８１〜Ａ８９を有している。ここで、相対的に中心側の要素Ａ１５，８５の入射面積は、相対的に外側の要素Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６〜Ａ１９，Ａ８１〜Ａ８４，Ａ８６〜Ａ８９の入射面積よりも大きくなっているが、外側の要素Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６〜Ａ１９，Ａ８１〜Ａ８４，Ａ８６〜Ａ８９の入射面積は、互いに略等しくなっている。また、第２レンズアレイ２４のうち対応する要素レンズ２４ａ（図１参照）から中心側の要素Ａ１５，Ａ８５に入射する部分光束ＢＳの数は、２つであり、外側の要素Ａ１１〜Ａ１４，Ａ１６〜Ａ１９，Ａ８１〜Ａ８４，Ａ８６〜Ａ８９に入射する部分光束ＢＳの数は１つである。つまり、中心側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数は、外側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数よりも多くなっている。
【００３５】
次に−Ｘ側の第２列目の位相差板８５と、次に＋Ｘ側の第７列目の位相差板８５とは、位相差素子８５ａとして、要素Ａ２１〜Ａ２７，Ａ７１〜Ａ７７を有している。ここで、相対的に中心側の要素Ａ２４，Ａ７４の入射面積は、相対的に外側の要素Ａ２１〜Ａ２３，Ａ２５〜２７，Ａ７１〜Ａ７３，Ａ７５〜Ａ７７の入射面積よりも大きくなっているが、外側の要素Ａ２１〜Ａ２３，Ａ２５〜Ａ２７，Ａ７１〜Ａ７３，Ａ７５〜Ａ７７の入射面積は、互いに略等しくなっている。また、第２レンズアレイ２４のうち対応する要素レンズ２４ａ（図１参照）から中心側の要素Ａ２４，Ａ７４に入射する部分光束ＢＳの数は、４つであり、外側の要素Ａ２１〜Ａ２３，Ａ２５〜Ａ２７，Ａ７１〜Ａ７３，Ａ７５〜Ａ７７に入射する部分光束ＢＳの数は１つである。つまり、中心側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数は、外側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数よりも多くなっている。
【００３６】
比較的内側で−Ｘ側の第３列目の位相差板８５と、比較的内側で＋Ｘ側の第６列目の位相差板８５とは、位相差素子８５ａとして、要素Ａ３１〜Ａ３５，Ａ６１〜Ａ６５を有している。ここで、相対的に中心側の要素Ａ３３，Ａ６３の入射面積は、中間の要素Ａ３２，Ａ３４，Ａ６２，Ａ６４の入射面積よりも大きくなっている。さらに、中間の要素Ａ３２，Ａ３４，Ａ６２，Ａ６４の入射面積は、相対的に外側の要素Ａ３１，Ａ３５，Ａ６１，Ａ６５の入射面積よりも大きくなっている。一方、第２レンズアレイ２４のうち対応する要素レンズ２４ａ（図１参照）から中心側の要素Ａ３３，Ａ６３に入射する部分光束ＢＳの数は、４つであり、中間の要素Ａ３２，Ａ３４，Ａ６２，Ａ６４に入射する部分光束ＢＳの数は、２つであり、外側の要素Ａ３１，Ａ３５，Ａ６１，Ａ６５に入射する部分光束ＢＳの数は、１つである。つまり、中心側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数は、中間の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数よりも多く、中間の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数は、外側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数よりも多くなっている。
【００３７】
最も内側で−Ｘ側の第４列目の位相差板８５と、最も内側で＋Ｘ側の第５列目の位相差板８５とは、位相差素子８５ａとして、要素Ａ４１〜Ａ４３，Ａ５１〜Ａ５３を有している。ここで、相対的に中心側の要素Ａ４２，Ａ５２の入射面積は、相対的に外側の要素Ａ４１，Ａ４３，Ａ５１，Ａ５３の入射面積よりも大きくなっている。一方、第２レンズアレイ２４のうち対応する要素レンズ２４ａ（図１参照）から中心側の要素Ａ４２，Ａ５２に入射する部分光束ＢＳの数は、６つであり、外側の要素Ａ４１，Ａ４３，Ａ５１，Ａ５３に入射する部分光束ＢＳの数は、２つである。つまり、中心側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数は、外側の位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数よりも多くなっている。
【００３８】
なお、偏光変換装置２７全体として見た場合、最も中心側の位相差素子８５ａである要素Ａ４２，Ａ５２の入射面積は、最も外側の位相差素子８５ａである要素Ａ１１，Ａ１９，Ａ８１，Ａ８９の入射面積よりも大きくなっている。さらに、最も中心側の位相差素子８５ａである要素Ａ４２，Ａ５２に入射する部分光束ＢＳの数６は、最も外側の位相差素子８５ａである要素Ａ１１，Ａ１９，Ａ８１，Ａ８９に入射する部分光束ＢＳの数１よりも多くなっている。
【００３９】
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。
【００４０】
光変調部４０において、各ライトバルブ４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、非発光型の光変調装置として、入射した照明光の空間的強度分布を個別に変調する。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つの入射側偏光板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つの射出側偏光板４３ａ，４３ｂ，４３ｃとを備える。
【００４１】
以上の光変調部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色の光束は、第１光路ＯＰ１上のフィールドレンズ３３ａを介してライトバルブ４０ａに入射し、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色の光束は、第２光路ＯＰ２上のフィールドレンズ３３ｂを介してライトバルブ４０ｂに入射し、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色の光束は、第３光路ＯＰ３上のフィールドレンズ３３ｃ等を介してライトバルブ４０ｃに入射し、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、入射側偏光板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、射出側偏光板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。以上により、各ライトバルブ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。
【００４２】
クロスダイクロイックプリズム５０は、像光用の光合成光学系として、各ライトバルブ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、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、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、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。
【００４３】
投射レンズ６０は、投射光学系を具体化したものであり、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。
【００４４】
なお、以上の説明では、位相差素子８５ａを隙間なく配列することで位相差板８５を構成しているが、各位相差素子８５ａの間に隙間を設けることができる。この際、中心側の位相差素子８５ａ間では隙間を無くし或いは少なくし、外側の位相差素子８５ａ間では相対的に隙間を大きくすることもできる。
【００４５】
本実施形態のプロジェクタ１００においては、均一化光学系２０に比較的低コストで高性能の偏光変換装置２７を組み込んでおり、安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。すなわち、本実施形態の偏光変換装置２７によれば、位相差板８５が、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子８５ａを有効領域ＥＡ内に配列することによって構成されるので、位相差素子８５ａのサイズを小さくすることができる。これにより、位相差素子８５ａを取り出す原材料としての結晶板を小さくして結晶板を無駄なく利用することができ、位相差板８５の単価を抑えることができる。また、実施形態の偏光変換装置２７において、中心側の第１の位相差素子８５ａ（例えば要素Ａ４２，Ａ５２）が外側の第２の位相差素子８５ａ（例えば要素Ａ１１，Ａ１９，Ａ８１，Ａ８９）よりも大きな入射面積を有するので、第１及び第２レンズアレイ２３，２４によって分割されて偏光変換装置２７の位置に形成される光源像の部分光束ＢＳを効率的に位相差素子に取り込むことができる。つまり、第１及び第２レンズアレイ２３，２４によって形成される光源像は、中心側で大きくなって隣接する光源像とつながり易い傾向を有するが、中心側の第１の位相差素子８５ａの入射面積を大きくすることで、中心側に形成される１つ又は２つ以上の光源像の部分光束ＢＳを位相差素子８５ａ内に比較的少ない損失で取り込むことができる。
【００４６】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態のプロジェクタについて説明する。なお、本実施形態のプロジェクタは、第１実施形態のプロジェクタ１００を変形したものであり、特に説明しない部分は第１実施形態と同様であるものとする。
【００４７】
図４は、本実施形態の偏光変換装置を説明する部分拡大図であり、図２（Ｂ）に示す偏光変換装置２７の一部に相当する。この場合、各位相差板８５を構成する位相差素子８５ａは、位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの輪郭に合わせた四角形の輪郭又は入射面を有する。すなわち、図からも明らかなように、部分光束ＢＳは、楕円形の輪郭を有しており、特に偏光変換装置２７の外側に入射する部分光束ＢＳの長軸は、位相差板８５の長手方向（Ｙ方向）に対して０°と９０°との間の角度を成し傾斜状態となっている。したがって、１以上の部分光束ＢＳを入射させる位相差素子８５ａの輪郭も、部分光束ＢＳの傾斜に合わせた形状とすることが、部分光束ＢＳの効率的な取り込みの観点で望ましい。このため、位相差板８５を構成する位相差素子８５ａの輪郭又は入射面形状は、Ｙ方向に平行な２辺を有する台形又は平行四辺形となっている。具体的に説明すると、例えば位相差素子８５ａの一例である要素Ａ８６の入射面は、配列方向に対応するＹ方向に平行な２つの辺Ｓ１，Ｓ２と、Ｙ方向に対して直角以外の傾斜角度（図示の例では約８０°，７０°）をなす２つの辺Ｓ３，Ｓ４とからなる四角形の輪郭を有している。
【００４８】
なお、以上の説明では、位相差素子８５ａを隙間なく配列することで位相差板８５を構成しているが、各位相差素子８５ａの間に隙間を設けることができる。
【００４９】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、以上の説明において、位相差板８５を構成する各位相差素子８５ａの材料、形状、枚数等は単なる例示であり、位相差素子８５ａを水晶以外の結晶材料で形成することができ、位相差素子８５ａを構成する結晶板の積層数も用途に応じて適宜変更することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数に応じて位相差素子８５ａの入射面積の大小設定を行っているが、本発明はこれに限らない。例えば、位相差素子８５ａに入射する部分光束ＢＳの数が同じ（例えば１）でも、より中心側の大きな部分光束ＬＣに対応する位相差素子８５ａの入射面積を相対的に大きくし、より外側の小さな部分光束ＬＰに対応する位相差素子８５ａの入射面積を相対的に小さくすることができる。要は、部分光束ＢＳのサイズに合わせて位相差素子８５ａの入射面積を調節することができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、偏光変換装置２７を第２レンズアレイ２４の射出側に対向させて配置する例について説明したが、偏光変換装置２７を第２レンズアレイ２４の入射側に対向させて配置させることも可能である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１００の構成は、いずれにも適用可能である。
【００５５】
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つ又は２つの液晶パネル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】
【００５６】
【図１】第１実施形態のプロジェクタの光学系について説明する平面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、図１のプロジェクタに組み込まれる偏光変換装置を説明する平面図及び正面図である。
【図３】図２の偏光変換装置を構成する偏光変換素子の構造及び動作を説明する拡大平面図である。
【図４】第２実施形態の偏光変換装置等を説明する部分拡大図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０…光源装置、  １１…発光管、  １２…リフレクタ、  １４…平行化レンズ、  ２０…均一化光学系、  ２３…第１レンズアレイ、  ２４…第２レンズアレイ、  ２３ａ，２４ａ…要素レンズ、  ２５…重畳レンズ、  ２７…偏光変換装置、  ３０…色分離導光光学系、  ３１ａ…第１ダイクロイックミラー、  ３１ｂ…第２ダイクロイックミラー、  ４０…光変調部、  ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…ライトバルブ、  ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…液晶パネル、  ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…入射側偏光板、  ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…射出側偏光板、  ５０…クロスダイクロイックプリズム、  ６０…投射レンズ、  ８０…偏光変換素子、  ８１…第１プリズム、  ８３…偏光分離膜、  ８４…反射膜、  ８５…位相差板、  ８５ａ…位相差素子、  ８６…マスク、  ８８…第２プリズム、  ８９…第３プリズム、  １００…プロジェクタ、  ＢＳ…部分光束、  ＥＡ…有効領域、  ＩＬ…入射光、  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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