(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光束を照射する平行光束照射手段と、
この平行光束照射手段からの平行光束をこの平行光束よりも幅の狭い平行光束に圧縮する光束圧縮手段と、
この光束圧縮手段からの各平行光束の光路中に配設され、この平行光束をＰ偏光成分の平行光束とＳ偏光成分の平行光束とに分離する複数の第１の偏光分離面、これら第１の偏光分離面で反射分離された各第１の平行光束の光路中に設けられ、これら第１の平行光束を前記第１の偏光分離面で透過分離された各第２の平行光束と平行で反対の方向にそれぞれ反射させる前記第１の偏光分離面と同じ偏光特性の複数の第２の偏光分離面、および、これら第２の偏光分離面で反射する各第１の平行光束の光路中に設けられた反射手段を有する偏光分離手段と、
この偏光分離手段における反射手段と前記第２の偏光分離面との間に位置して前記反射手段の表面に設けられ、この間の平行光束の偏光成分を前記第２の平行光束の偏光成分に変換する位相差板とを具備し、
前記第１の偏光分離面は、前記光束圧縮手段からの平行光束の幅方向中心にて互いに隣接して前記光束圧縮手段からの各平行光束の一方の偏光成分を、この平行光束に直交する２方向に分割して反射分離し、
前記第２の偏光分離面は、前記第１の偏光分離面により分割された各平行光束に対応して設けられ、
前記反射手段は、前記第２の偏光分離面に対向して前記光束圧縮手段に設けられ、前記第２の偏光分離面にて反射された各平行光束を前記第１の平行光束と同じ方向に反射させる
ことを特徴とする偏光照明装置。
【請求項２】
光束圧縮手段は、平行光束照射手段からの平行光束の幅を１／３以下に圧縮する
ことを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【請求項３】
光束圧縮手段は、平行光束照射手段からの平行光束を複数の平行光束に分割するとともに、これら分割された平行光束の幅の総和が、前記平行光束照射手段からの平行光束の幅の１／２以下に圧縮し、
これら分割された複数の平行光束毎に偏光分離手段を設けるとともに、これら偏光分離手段に対応して位相差板を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から放射された光の偏光方向を揃える光学系を備えた偏光照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
白色光源の偏光方向を揃える光学系を有し、光源光の光束の利用率を高め、高輝度化を可能とした偏光照明装置として、たとえば特開平８−２３４２０５号公報に記載の構成が知られている。
【０００３】
この特開平８−２３４２０５号公報には、偏光分離手段は偏光方向がランダムな平行光束を入射し、この平行光束を偏光分離膜が形成された第１面にて、偏光方向に対応した反射・透過特性によりＰ偏光光とＳ偏光光とに分離し、この第１面を透過した偏光光を、反射面が形成された第２面にて反射させ、これら第１面と第２面との角度差により、分離されたＰ偏光光とＳ偏光光とを相異なる方向に反射させている。そして、これらＰ偏光光およびＳ偏光光のいずれか一方を位相差板に入射させることにより偏光面を回転させ、他方の偏光光と同じ偏光方向に変換して、光源からのランダム光の偏光方向を揃えている。
【０００４】
そして、偏光分離手段によって相異なる方向に偏光分離されたＰ偏光光とＳ偏光光との進行方向は、光学系の光軸方向に対して非対称であるため、光軸を対象にして位相差板に入射できるようにする必要がある。このため偏光分離手段と位相差板との間に、変角プリズムといわれる光屈折手段を設けることを必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、Ｐ偏光光とＳ偏光光とを相異なる角度で反射させるための、第１面と第２面との角度差の設定や、光屈折手段の屈折率の設定などは、相互に高い精度を要するため、多くの工程を要し、コスト高を招くなどの問題を有している。
【０００６】
本発明は、高精度を要する偏光分離面の設定や、光屈折手段の屈折率の設定作業が不要で、コストや工程を抑えることができる偏光照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の偏光照明装置は、平行光束を照射する平行光束照射手段と、この平行光束照射手段からの平行光束をこの平行光束よりも幅の狭い平行光束に圧縮する光束圧縮手段と、この光束圧縮手段からの各平行光束の光路中に配設され、この平行光束をＰ偏光成分の平行光束とＳ偏光成分の平行光束とに分離する複数の第１の偏光分離面、これら第１の偏光分離面で反射分離された各第１の平行光束の光路中に設けられ、これら第１の平行光束を前記第１の偏光分離面で透過分離された各第２の平行光束と平行で反対の方向にそれぞれ反射させる前記第１の偏光分離面と同じ偏光特性の複数の第２の偏光分離面、および、これら第２の偏光分離面で反射する各第１の平行光束の光路中に設けられた反射手段を有する偏光分離手段と、この偏光分離手段における反射手段と前記第２の偏光分離面との間に位置して前記反射手段の表面に設けられ、この間の平行光束の偏光成分を前記第２の平行光束の偏光成分に変換する位相差板とを具備し、前記第１の偏光分離面は、前記光束圧縮手段からの平行光束の幅方向中心にて互いに隣接して前記光束圧縮手段からの各平行光束の一方の偏光成分を、この平行光束に直交する２方向に分割して反射分離し、前記第２の偏光分離面は、前記第１の偏光分離面により分割された各平行光束に対応して設けられ、前記反射手段は、前記第２の偏光分離面に対向して前記光束圧縮手段に設けられ、前記第２の偏光分離面にて反射された各平行光束を前記第１の平行光束と同じ方向に反射させるもので、光束圧縮手段によって幅方向を圧縮された平行光束を偏光分離手段の複数の第１の偏光分離面によってＰ偏光成分の平行光束とＳ偏光成分の平行光束に分離し、これら第１の偏光分離面で反射分離された各第１の平行光束を第１の偏光分離面と同じ偏光特性を有する複数の第２の偏光分離面によって、各第１の偏光分離面で透過分離された各第２の平行光束と平行で、反対の方向にそれぞれ反射させ、各第２の偏光分離面で反射する各第１の平行光束を反射手段によって反対向きにそれぞれ反射させるとともに、平行光束の偏光成分を位相差板によって第２の平行光束の偏光成分に変換している。また、光束圧縮手段からの各平行光束の一方の偏光成分を対称的に２分割するので、光束圧縮手段と偏光分離手段の光軸を一致させることができ、しかも各部品を対称構造により無駄なく配置構成できる。
【０００８】
請求項２記載の偏光照明装置は、請求項１記載の偏光照明装置において、光束圧縮手段は、平行光束照射手段からの平行光束の幅を１／３以下に圧縮するもので、平行光束照射手段からの平行光束の幅を１／３以下に圧縮するので、偏光分離手段の側方への突出を、平行光束照射手段からの平行光束の幅以下にすることができ、装置全体をコンパクトに構成できる。
【０００９】
請求項３に記載の偏光照明装置は、請求項１記載の偏光照明装置において、光束圧縮手段は、平行光束照射手段からの平行光束を複数の平行光束に分割するとともに、これら分割された平行光束の幅の総和が、前記平行光束照射手段からの平行光束の幅の１／２以下に圧縮し、これら分割された複数の平行光束毎に偏光分離手段を設けるとともに、これら偏光分離手段に対応して位相差板を設けたもので、光束圧縮手段により、平行光束照射手段からの平行光束を複数の平行光束に分割するとともに、これら分割された平行光束の幅の総和が平行光束照射手段からの平行光束の幅の１／２以下になるように圧縮し、各平行光束毎に偏光分離と位相差板による偏光成分の変換し、平行光束の幅を１／２以下に圧縮しているため、各偏光分離手段の反射面の辺長を適切な長さにすることができ、隣の分割された平行光束に対する干渉を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の偏光照明装置の前提技術の第１例を図１を参照して説明する。
【００１１】
図１に示す偏光照明装置は、平行光束照射手段１、光束圧縮手段２、偏光分離手段３、位相差板としての１／２波長板４および光合成手段５を平行光束照射手段１の照射方向に沿って順次配設して構成される。
【００１２】
まず、平行光束照射手段１は、偏光方向がランダムなランダム光の発光部11を有し、この発光部11の背面側にはリフレクタ12が設けられ、このリフレクタ12の前面側には熱線カットガラス13が設けられている。また、リフレクタ12は放物面の鏡面を有し、焦点位置に発光部11を位置決めしており、発光部11から放射されたランダム光を平行光束に反射して、前面側に配設された熱線カットガラス13を介して出射する。そして、熱線カットガラス13は、いわゆるＵＶ−ＩＲカットガラスであり、リフレクタ12で反射された平行光束から赤外光および紫外光を選択的に除去し、熱線カットガラス13の熱線除去作用により、偏光照明装置の構成部品や、この偏光照明装置が適用される、たとえば投射装置などの構成部品の発熱を抑える。
【００１３】
また、平行光束照射手段１の前方に光束圧縮手段２が設けられており、この光束圧縮手段２はこの平行光束照射手段１からの照射方向に向って順次配設された集光レンズ15と発散レンズ16とを有している。これら集光レンズ15および発散レンズ16は、それぞれの焦点位置が互いに一致するように設定され、このため、平行光束照射手段１から集光レンズ15に入射した平行光束は、発散レンズ16から光束幅を圧縮された平行光束の状態で出射される。
【００１４】
ここで、光束圧縮手段２による光束の圧縮率は、圧縮前の幅に対し圧縮後の光束の幅が３０％以下になるように設定することが好ましい。
【００１５】
さらに、光束圧縮手段２の出射側に偏光分離手段３が設けられており、この偏光分離手段３は三角断面の柱状の直角プリズム21と、菱形断面の柱状の菱形プリズム22とを有する。そして、直角プリズム21は、直角面の辺長を圧縮された平行光束の幅と等しく設定したもので、傾斜面が光束圧縮手段２側を向き、直角面の一方が平行光束と垂直になるように配置される。また、菱形プリズム22は、直角プリズム21の傾斜面と辺長の等しい互いに平行な２つの長面と、この直角プリズム21の直角面の一方の辺長と等しい互いに平行な２つの短面とを有し、これら長面と短面との角度を直角プリズム21の直角面と傾斜面との角度、たとえばそれぞれ４５°で等しく設定している。
【００１６】
また、この菱形プリズム22は、一方の長面が直角プリズム21の傾斜面と、偏光分離面21mを介して接合するように組み立てられる。したがって、この菱形プリズム22の一方の短面は直角プリズム21の直角面の一方とともに、平行光束と垂直になるように配置される。すなわち、光束圧縮手段２からの平行光束は、菱形プリズム22に対し一方の短面から垂直に入射し、偏光分離面21mに４５°の角度で入射する。
【００１７】
さらに、直角プリズム21の傾斜面に形成された偏光分離面21mは、平行光束のＰ偏光成分およびＳ偏光成分のいずれか一方を透過し、他方を反射する偏光分離特性を有し、たとえばＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。また、この偏光分離面21mと接合している菱形プリズム22の一方の長面と平行な他方の長面には反射面22rが形成されている。なお、直角プリズム21の斜面と菱形プリズム22の一方の長面とは、前述のように偏光分離面21mを介して接合されるが、この接合される部分は光の透過を許容するように、いわゆるＵＶ接着剤などにより光学的に接着し、一体に構成する。また、偏光分離面21mは、無機質の誘電体多層膜の蒸着により形成しており、反射面22rはアルミニウム蒸着を施すことによって形成している。
【００１８】
また、１／２波長板４は、菱形プリズム22の他方の短面にバルサム材などにより光学的に接着されており、この菱形プリズム22内を通って、他方の短面から出射される平行光束の偏光面を回転させ、この偏光成分、たとえばＳ偏光成分を他の偏光成分、たとえばＰ偏光成分の平行光束に変換する。
【００１９】
さらに、光合成手段５は、直角プリズム21の垂直面、すなわち偏光分離手段３の出射面および１／２波長板４の出射面と対向するように配設されており、集光レンズ31およびインテグレータレンズ32，33により構成されている。
【００２０】
そして、平行光束照射手段１から照射されたランダム光の平行光束は、光束圧縮手段２により所定の圧縮率にて幅方向が圧縮され、偏光分離手段３に入射される。すなわち、平行光束照射手段１からの平行光束は、菱形プリズム22の一方の短面から垂直に入射し、光学的に接着された偏光分離面21mに４５°の角度で入射する。
【００２１】
この偏光分離面21mに入射された平行光束のうち、一方の偏光成分、たとえばＰ偏光成分は、この偏光分離面21mを透過して直角プリズム21内を直進し、この直角プリズム21の垂直面から出射される。
【００２２】
これに対し、他方の偏光成分、たとえばＳ偏光成分は、偏光分離面21mで反射され、菱形プリズム22の他方の長面に達し、この菱形プリズム22に形成された反射面22rによりＰ偏光成分と平行な方向に再度反射され、菱形プリズム22の他方の短面から出射する。そして、この他方の短面である出射面に光学的に接着した１／２波長板４によって、出射光の偏光面が回転させられ、Ｓ偏光成分からＰ偏光成分の平行光束に変換される。
【００２３】
このように、偏光分離手段３の直角プリズム21からの出射光と、１／２波長板４からの出射光とは、それぞれ一方の偏光成分であるＰ偏光成分に揃えられた偏光光であり、これらＰ偏光光およびＳ偏光光は光合成手段５によって合成され、図示しない照明対象に照射される。
【００２４】
ここで、上述の偏光照明装置では、偏光分離手段３により偏光分離されたＰ偏光光とＳ偏光光とを平行な状態で出射させているので、従来のＰ偏光光とＳ偏光光とを相異なる角度で反射させるために、第１面と第２面との角度差の設定や、光屈折手段の屈折率の設定等、相互に高い精度を要する作業が不要となり、その後の偏光成分を揃えて合成するための１／２波長板４や光合成手段５の構成も簡潔となる。
【００２５】
また、光束圧縮手段２によって、平行光束照射手段１からの光束の幅が３０％以下になるように圧縮することが好ましいとしているが、これは次の理由による。すなわち、偏光分離手段３および１／２波長板４から出射される平行光束の合計幅は、光束圧縮手段２から出射される平行光束の倍の幅になるので、圧縮された平行光束の幅が１／３より大きくなると、偏光分離手段３の幅寸法が大きくなり、平行光束照射手段１から出射される平行光束に対して側方に突出して配設されるので、装置の小型化のために好ましくないためである。
【００２６】
次に、前提技術の第２例を図２を参照して説明する。
【００２７】
図２に示すように、この偏光照明装置は、平行光束照射手段１からの平行光束を圧縮するとともに複数の平行光束に分割し、これら分割された平行光束毎に偏光方向を揃えるものである。
【００２８】
この偏光照明装置は、平行光束照射手段１、光束圧縮手段41、偏光分離手段42、位相差板としての１／２波長板43、光合成手段５を、平行光束照射手段１からの照射方向に沿って順次配設して構成される。
【００２９】
そして、光束圧縮手段41は、平行光束照射手段１からの平行光束を複数の平行光束に分割、たとえば４分割するとともに、これら分割された平行光束の幅の総和が、平行光束照射手段１からの平行光束の幅の、好ましくは１／２以下になるように圧縮するもので、集光用の第１レンズ45と、発散用の第２レンズ46とで構成される。そして、第１レンズ45は、光学特性が同じ複数の集光レンズＬsを規則的に配置して一体に構成したものである。また、第２レンズ46も、光学特性が同じ複数の発散レンズＬtを規則的に配置して一体に構成している。
【００３０】
次に、第１レンズ45および第２レンズ46の具体的な構成を図３を参照して説明する。
【００３１】
図３に示すように、第１レンズ45における各集光レンズＬsは、それぞれ矩形の外形に形成されており、隣接する集光レンズＬs相互間に隙間が生じないように、マトリクス状に一体に配置構成される。したがって、平行光束照射手段１から第１レンズ45に入射した平行光束は各集光レンズＬs毎に収束され、これら集光レンズＬaの数に対応した複数の平行光束に分割され、第２レンズ46側に出射される。この際、相隣接する集光レンズＬsは互いに隙間なく形成されているため、これら集光レンズＬsに入射した平行光束は、光量損失なく分割され出射される。
【００３２】
また、第２レンズ46の各発散レンズＬtは、第１レンズ45の各集光レンズＬsに対し、それぞれ光軸を一致させて配設しており、これら各集光レンズＬsと各発散レンズＬtとは１対１に対応している。また、これら各集光レンズＬsと各発散レンズＬtの焦点距離が一致するように配置している。
【００３３】
これらの結果、光束圧縮手段41は、平行光束照射手段１から照射された平行光束を分割された複数の平行な光束、いわゆる分割平行光束に圧縮する。この場合、分割平行光束の幅の総和が、平行光束照射手段１からの平行光束の幅の１／２以下になるように圧縮することが好ましい。
【００３４】
また、偏光分離手段42は、光束圧縮手段41の出射側に、上述の分割された平行光束毎に対応して設けられる。これら各偏光分離手段42は、両側部に位置する三角断面の柱状の直角プリズム51，52と、これら直角プリズム51，52の間に接合状態で順次組合される複数の菱形断面の柱状の菱形プリズム53１〜53７とで構成される。
【００３５】
さらに、直角プリズム51，52は、両直角面の辺長を分割された平行光束の幅と等しく設定したもので、光束圧縮手段41から見て左側に位置する直角プリズム51は、傾斜面が光束圧縮手段41側を向き、直角面の一方が平行光束と垂直になるように配置される。これに対し、右側に位置するものは、傾斜面が光束圧縮手段２と反対の方向に向き、直角面の一方が平行光束と垂直をなるように配置される。
【００３６】
また、各菱形プリズム53１〜53７は、直角プリズム51，52の傾斜面と辺長の等しい互いに平行な２つの長面と、この直角プリズム51，52の直角面の辺長と等しい互いに平行な２つの短面とを有し、これら長面と短面との角度を、直角プリズム51の直角面と傾斜面との角度をそれぞれ４５°と等しく設定したものである。
【００３７】
さらに、これら各菱形プリズム53１〜53７は、前述のように両側の直角プリズム51，52間に接合状態で組み合わせられるが、このうち、直角プリズム51，52に隣接する菱形プリズム53１，53７は、それぞれ一方の長面が直角プリズム51，52の傾斜面と接するように配置される。一方、他の菱形プリズム53２〜53６は、互いに隣接する他の菱形プリズム53１〜53７の長面と接するように配置する。
【００３８】
このため、各菱形プリズム53１〜53７の一方の短面は、光束圧縮手段41に対し、この光束圧縮手段41からの分割された平行光束と垂直になるように対面する。また、他方の短面は、後続の光合成手段５側に対向する。
【００３９】
ここで、左側の直角プリズム51に隣接する菱形プリズム53１は、一方の短面が分割された平行光束の入射面となるように、光束圧縮手段41の対応する拡散レンズＬtと対向して配置される。また、この菱形プリズム51１の一方の長面は、直角プリズム51の傾斜面と、この間に形成された偏光分離面42mを介して光学的に接着している。さらに、この菱形プリズム51１の他方の長面には反射面42rが形成されており、この反射面42rを挟んで右側に隣接する菱形プリズム54の一方の長面と接着される。
【００４０】
また、左端から３番目の菱形プリズム51３の一方の短面も、分割された左から２番目の平行光束の入射面となるように配置される。この菱形プリズム51３の一方の長面は、左側に隣接する菱形プリズム53２の他方の長面と偏光分離面42mを介して光学的に接着し、さらに、この菱形プリズム53３の他方の長面は右側に隣接する菱形プリズム53４の一方の長面と、反射面42rを挟んで接着される。
【００４１】
このように、各菱形プリズム53１〜53７は、左右に隣接する菱形プリズム53１〜53７と偏光分離面42mおよび反射面42rを介して組み合され、このうち、奇数番目の菱形プリズム53１，53３，53５，53７の一方の短面が、光束圧縮手段41からの分割された平行光束の入射面となるように配置される。なお、左右端の菱形プリズム53１，53７は、直角プリズム51，52と組み合される。したがって、右端の菱形プリズム53７の他方の長面は、右側に隣接する直角プリズム52の傾斜面と反射面42rを挟んで接着される。
【００４２】
また、偏光分離面42mは、平行光束のＰ偏光成分およびＳ偏光成分のいずれか一方を透過し、他方を反射、たとえばＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する偏光特性を有する。このため、左端の直角プリズム51の平行光束と垂直な短面および偶数番目の菱形プリズム53２，53４，53６の他方の短面は、それぞれ偏光分離面42mを透過した一方の偏光光、たとえばＰ偏光光の出射面となる。これに対し、奇数番目の菱形プリズム53１，53３，53５，53７の他方の短面は、偏光分離面42mで反射され、反射面42rで反射された他方の偏光光、たとえばＳ偏光光の出射面となる。
【００４３】
さらに、１／２波長板43は、奇数番目の菱形プリズム53１，53３，53５，53７の他方の短面に、それぞれ光学的に接着されており、これら菱形プリズム53１，53３，53５，53７内を通って、この他方の短面から出射される平行光束の偏光面を回転させ、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する。
【００４４】
また、光合成手段５は、図１で示したものと同様のもので、偏光分離手段42の出射面および１／２波長板43の出射面と対向するように配置されており、一方の偏光成分に揃えられた偏光光、たとえばＰ偏光光を合成して、図示しない照明対象に出射する。
【００４５】
そして、平行光束照射手段１からの平行光束は、光束圧縮手段41により幅方向が圧縮された複数の平行光束となって、偏光分離手段42に入射される。すなわち、各分割平行光束は奇数番目の菱形プリズム53１，53３，53５，53７の一方の短面からそれぞれ垂直に入射し、偏光分離面42mに４５°の角度で入射する。そして、この偏光分離面42mにて一方の偏光成分、たとえばＰ偏光成分は透過し、直角プリズム51の垂直面および偶数番目の菱形プリズム53２，53４，53６の他方の短面からＰ偏光光として出射される。
【００４６】
これに対し、他方の偏光成分、たとえばＳ偏光成分は、各偏光分離面42mでそれぞれ反射され、各反射面42rに入射される。そして、各反射面42rにて、Ｐ偏光光と平行な方向に再度反射され、奇数番目の菱形プリズム53１，53３，53５，53７の他方の短面からそれぞれＳ偏光光として出射する。これらＳ偏光光は、出射面に光学的に接着している１／２波長板43によって、偏光面が回転させられ、Ｓ偏光光からＰ偏光光に変換される。
【００４７】
このように、一方の偏光成分、たとえばＰ偏光成分に揃えられた各分割平行光束は光合成手段５によって合成され、図示しない照明対象に照射される。
【００４８】
ここで、光束圧縮手段41における発散レンズＬtから出射される分割平行光束の幅を、集光レンズＬsに入射される入射する光束に対して１／２以下の幅にすることが好ましいとしているが、それは次の理由による。
【００４９】
すなわち、各分割平行光束の圧縮幅を１／２とすると、これら分割平行光束の幅と分割平行光束間の間隔が等しくなるため、偏光分離手段42において反射面42rを挟むプリズム同士を接着することができる。このため、偏光分離面42mを挟むプリズムを光学的に接着することにより、複数のプリズム53１〜53７を有する偏光分離手段42を一体に構成することができる。
【００５０】
また、発散レンズＬtから出射される分割平行光束の幅を、集光レンズＬsに入射される入射する光束に対して１／２より大きくすると、菱形プリズム53１，53３，53５，53７の各反射面42rの辺長が長くなり、隣の分割平行光束内にこの反射面42rが干渉してしまい、照射光の損失を招くことになるが、１／２以下にすると、このような干渉が生じず、照射光の損失を生じることなく、十分な光量を得ることができる。
【００５１】
なお、図４の例では、図２で示した光束圧縮手段41における集光用第１レンズ45として、半円筒形の凸面を複数個並行に形成したものを用い、また、発散用第２レンズ46として、半円筒形の凹面を複数個並行に形成したものを用いている。
【００５２】
次に、前提技術の第３例を図５を参照して説明する。この図５で示す偏光照明装置は、図２で示した偏光照明装置の光束圧縮手段41に代えて別の光束圧縮手段71を設けたものである。
【００５３】
この光束圧縮手段71も、平行光束照射手段１からの平行光束を所定の圧縮率で複数の平行光束に分割するものであるが、図２で示した光束圧縮手段41のように集光用の第１レンズ62と発散用の第２レンズ63とを別々に設けずに、これら第１レンズ62および第２レンズ63の両者を図示のように一体化したものである。すなわち、平行光束照射手段１との対向面には集光機能を有する凸面Ｌssを形成し、偏光分離手段42との対向面には発散機能を有する凹面Ｌttを形成したものである。
【００５４】
このように構成することにより、平行光束照射手段１からの平行光束は、各凸面Ｌssにて集光された後、各凹面Ｌttにて発散することになり、複数に分割され、所定の圧縮率で幅方向を圧縮された分割平行光束となる。
【００５５】
次に、この光束圧縮手段71の具体的なレンズ構成を図６および図７を参照して説明する。
【００５６】
図６の例では、各凸面Ｌssおよび各凹面Ｌttは、図示のようにそれぞれ矩形および円形の外形に個別に形成されており、また、図７の例では、それぞれ半円筒形の各凸面Ｌssおよび各凹面Ｌttをそれぞれ複数個並行に形成したものを用いており、これらはいずれも隣接する相互間に隙間が生じないように一体に構成される。したがって、各凸面Ｌssに入射した平行光束は、光量損失なく分割され出射される。
【００５７】
また、前提技術の第４例を図８を参照して説明する。
【００５８】
この図８に示す前提技術の偏光照明装置は、図１で示した偏光照明装置における偏光分離手段３および１／２波長板４に代えて、別の偏光分離手段81および位相差板としての１／４波長板82を用いている。
【００５９】
まず、偏光分離手段81は、３つの三角断面の柱状の直角プリズム83１，83２，83３と反射手段84とを有する。このうち、２つの直角プリズム83１，83２は同形のもので、光束圧縮手段２からの平行光束の幅と等しい辺長の直角面をそれぞれ有しており、これらの各傾斜面が開角９０°のＶ型になるように組み合わされる。また、直角プリズム83３は、両直角プリズム83１，83２の各傾斜面の辺長と等しい直角面を有するもので、これら直角面は、図示のように、両直角プリズム83１，83２の傾斜面と、偏光分離面83１ｍ，83２ｍを挟んで光学的に接着している。
【００６０】
これら直角プリズム83１，83２，83３は、直角プリズム83１の傾斜面と直角プリズム83３の一方の直角面との間に挟まれた偏光分離面、すなわち第１の偏光分離面83１ｍが、光束圧縮手段２からの平行光束の光路中に位置し、この平行光束が第１の偏光分離面83１ｍに４５°の角度で入射するように配設される。この第１の偏光分離面83１ｍは、光束圧縮手段２からの平行光束のうち、一方の偏光成分、たとえばＰ偏光成分を透過分離し、他方の偏光成分、たとえばＳ偏光成分を反射分離する。
【００６１】
この第１の偏光分離面83１ｍと直角の他の偏光分離面、いわゆる第２の偏光分離面83２ｍは、第１の偏光分離面83１ｍと同じ偏光特性を有するもので、第１の偏光分離面83１ｍで反射分離された第１の平行光束、たとえばＳ偏光光の光路中に設けられ、この第１の平行光束を、第１の偏光分離面83１ｍで透過分離された第２の平行光束、たとえばＰ偏光光と平行で、反対の方向に反射させる。
【００６２】
また、反射手段84は、第２の偏光分離面83２ｍで反射した第１の平行光束の光路中に位置するように、光束圧縮手段２を構成する発散レンズ16の発散機能に影響のない部分に設けられている。
【００６３】
さらに、１／４波長板82は、偏光分離手段81における反射手段84と第２の偏光分離面83２ｍとの間に設けられ、この間の平行光束の偏光成分、たとえばＳ偏光成分を第２の平行光束の偏光成分、たとえばＰ偏光成分に変換する。
【００６４】
そして、光束圧縮手段２によって所定の圧縮率、たとえば圧縮前の１／３以下が幅が好ましく、圧縮された平行光束は、偏光分離手段81を構成する直角プリズム83３の底面の右半面部分に垂直に入射され、第１の偏光分離面83１ｍに４５°の角度で入射される。この第１の偏光分離膜83１ｍにおいて、第１の偏光成分、たとえばＳ偏光成分は反射分離され、第２の偏光成分、たとえばＰ偏光成分は透過分離される。そして、透過分離されたＰ偏光成分の平行光束は、直角プリズム83１内を通り、垂直面から光束合成手段５に向って出射される。
【００６５】
これに対し、第１の偏光分離面83１ｍにて反射分離したＳ偏光成分の平行光束は、第２の偏光分離膜83２ｍに４５°の角度で入射されるが、第１の偏光分離膜83１ｍを同じ偏光特性により、左方に反射される。このように第２の偏光分離膜83２ｍにて反射されたＳ偏光光は、直角プリズム83３の底面の左半面部分から出射され、反射手段84に達する。
【００６６】
そして、反射手段84の表面には１／４波長板82が設けられており、反射手段84に達したＳ偏光光はこの１／４波長板82を往復通過することにより偏光面が回転させられ、Ｐ偏光光に変換される。この変換されたＰ偏光光は、再び直角プリズム83３の底面の左半面部分に垂直に入射し、さらに第２の偏光分離面83２ｍに４５°の角度で入射する。また、第２の偏光分離膜83２ｍはＰ偏光成分を透過する偏光分離特性であるため、このＰ偏光光は第２の偏光分離面83２ｍを透過し、さらに直角プリズム83２を通ってその垂直面から出射される。
【００６７】
すなわち、これら偏光分離手段81および１／４波長板82によって、光束圧縮手段２からの平行光束はＰ偏光成分に揃えられ、直角プリズム83１，83２の各垂直面からＰ偏光光として出射される。そして、これら両Ｐ偏光光は後段の光束合成手段５によって合成され、図示しない照明対象に向って出射される。
【００６８】
またさらに、本発明の一実施の形態の偏光照明装置を図９を参照して説明する。
【００６９】
この図９に示す偏光照明装置は、図８で示した偏光照明装置における偏光分離手段81および１／４波長板82に代えて、別の偏光分離手段101および位相差板としての１／４波長板102を用いている。
【００７０】
偏光分離手段101は、光束圧縮手段２からの平行光束の偏光成分を、図５で示した偏光分離装置81と同様に、第１の偏光分離面、第２の偏光分離面および反射手段を用いて偏光分離するものであるが、光束圧縮手段２からの平行光束全てを同じ方向に反射分離するのではなく、光束圧縮手段２からの平行光束を２分割し、それぞれについて偏光分離する。
【００７１】
そして、各偏光分離手段101は、光束出射側に設けられる３個の三角断面の柱状の直角プリズム103１，103２，103３および光束入射側に設けられる２個の三角断面の柱状の直角プリズム103４，103５と、光束圧縮手段２側に設けられた、分割された光束毎の反射手段104a，104bとで構成される。
【００７２】
また、直角プリズム103４，103５は同形のもので、光束圧縮手段71からの平行光束の幅の１／２の辺長を有する直角面をそれぞれ有している。さらに、直角プリズム103３は、直角プリズム103１，103２の各傾斜面の辺長と等しい直角面と、光束圧縮手段71からの平行光束の幅と等しい辺長を有する底面とを有する。この直角プリズム103３は、直角面の頂角が光束圧縮手段２からの平行光束の幅方向中心に位置し、底面が同平行光束と垂直になるように配設される。
【００７３】
そして、この直角プリズム103３の両側には、直角プリズム103１，103２が直角プリズム103３の直角面に対しそれぞれ開角９０°のＶ型になるように、各傾斜面を対向させて配設される。
【００７４】
また、光束入射側の直角プリズム103４，103５は、直角プリズム103３と同形のもので、これら直角面は各直角プリズム103１，103３，103２間に形成された開角９０°のＶ型傾斜面内にはめ込まれる。これら互いに対向する傾斜面間は、偏光分離面103６ｍ，103７ｍを挟んで光学的に接着している。
【００７５】
そして、各偏光分離面103６ｍ，103７ｍのうち、直角プリズム103３の直角面に形成された一対の偏光分離面103６ｍをそれぞれ第１の偏光分離面とし、直角プリズム103１，103２の傾斜面にそれぞれ形成された偏光分離面103７ｍをそれぞれ第２の偏光分離面とする。これら第１の偏光分離面103６ｍ、第２の偏光分離面103７ｍは、それぞれ一方の偏光成分であるＰ偏光成分を透過分離し、他方の偏光成分であるＳ偏光成分を反射分離する。
【００７６】
また、反射手段104a，104bは、各第２の偏光分離面103７ｍでの反射光路中に位置するように、光束圧縮手段２を構成する発散レンズ22の発散機能とは関係のない部分にそれぞれ設けられている。
【００７７】
さらに、１／４波長板102は、偏光分離手段101における反射手段104a，104bと対応する第２の偏光分離面103７ｍとの間にそれぞれ設けられ、この間の平行光束の偏光面を回転させ、偏光成分を変換する。
【００７８】
そして、光束圧縮手段２によって所定の圧縮率、たとえば圧縮前の１／３以下が幅が好ましく、圧縮された平行光束は偏光分離手段101を構成する直角プリズム103４，103５の底面の中央よりの半面部分にそれぞれ垂直に入射され、各第１の偏光分離面103６ｍにそれぞれ４５°の角度で入射される。この第１の偏光分離面103６ｍにおいて、第１の偏光成分であるＳ偏光成分は反射分離され、第２の偏光成分であるＰ偏光成分は透過分離される。そして、透過分離されたＰ偏光成分の各平行光束は、直角プリズム103３内を通り、垂直面から光束合成手段５に向って出射される。
【００７９】
これに対し、各第１の偏光分離面103６ｍにてそれぞれ反射分離したＳ偏光成分の平行光束は、各第２の偏光分離面103７ｍに４５°の角度で入射するが、このＳ偏光光は図示左方に反射される。このように各第２の偏光分離面103７ｍにてそれぞれ反射されたＳ偏光光は、各直角プリズム103４，103５の底面の外よりの半面部分から出射され、反射手段104a，104bに達する。
【００８０】
また、反射手段104a，104bの表面には１／４波長板102がそれぞれ設けられており、反射手段104a，104bに達したＳ偏光光は、この１／４波長板102を往復通過することにより、Ｐ偏光光に変換される。この変換されたＰ偏光光は、再び直角プリズム103４，103５の底面の外よりの半面部分にそれぞれ垂直に入射し、第２の偏光分離面103７ｍにそれぞれ４５°の角度で入射する。さらに、第２の偏光分離面103７ｍはＰ偏光成分を透過する偏光特性であるため、第２の偏光分離面1037ｍを透過したＰ偏光光は直角プリズム103１，103２内を通って垂直面から出射される。
【００８１】
すなわち、これら偏光分離手段101および１／４波長板102によって、光束圧縮手段２からの平行光束はＰ偏光成分に揃えられ、直角プリズム103１，103３，103２の各垂直面からＰ偏光光として出射される。そして、光束合成手段５によって合成され、図示しない照明対象に向って出射される。
【００８２】
さらに、他の実施の形態の偏光照明装置を図１０を参照して説明する。
【００８３】
この偏光照明装置は、図８で説明した偏光照明装置と基本的に同じ偏光分離機能を有するものであるが、平行光束照射手段１からの平行光束を、複数の平行光束に分割し、分割された平行光束の幅の総和が、分割前の平行光束の幅の１／２以下になるように圧縮する光束圧縮手段71を用いている。これは図５で示したものと基本的に同じ構成である。
【００８４】
まず、光束圧縮手段71からは複数の分割平行光束が生じるので、これら分割平行光束毎に偏光分離手段111および位相差板としての１／４波長板112，113を設ける。そして、各偏光分離手段111は、図８で示した偏光分離手段101と基本的に同じ構成であるが、複数個の偏光分離手段111を隣接して一体に構成するため、プリズム構造および反射手段114，115が異なる。
【００８５】
そして、光束出射側のプリズム116は、透明材の表面に開溝幅が分割平行光束の幅に等しい開角９０°のＶ型溝を分割平行光束数ｎに対して２ｎ個、平行に隣接形成することにより、これらＶ型溝間に底辺長が分割平行光束の幅に等しい頂角９０°の断面三角形状の凸部を２ｎ−１個、一体に形成する。
【００８６】
これに対し、光束入射側のプリズム117は、透明材の表面に、光束出射側プリズム116の各Ｖ型溝と同形の頂角９０°の断面三角形状の凸部を２ｎ個、一体に形成したものである。
【００８７】
これらプリズム116，117は、凸部とＶ型溝とが互いに噛み合うように組み合わされ、プリズム116，117の互いに接合する傾斜面間は、一方の偏光成分であるＰ偏光成分を透過分離し、他方の偏光成分であるＳ偏光成分を反射分離する偏光分離面117m，118mをそれぞれ挟んで光学的に接着される。
【００８８】
これらのプリズム118m，119mは、光束出射側のプリズム116に形成された凸部の頂角が、１つおきに光束圧縮手段71からの複数の分割平行光束の幅方向中心に位置するように配置される。
【００８９】
また、この偏光分離手段111を構成する反射手段114，115は、分割平行光束と等しい幅を有する反射手段114と、１／２の幅の反射手段115を有する。これらは光束圧縮手段71側の、分割された平行光束の出射部分に隣接して設けられる。
【００９０】
さらに、１／４波長板112，113は偏光分離手段111における反射手段114，115に対応して表面に設けられ、これら反射手段114，115に入射される平行光束の偏光面を回転させて偏光成分を変換する。
【００９１】
そして、光束圧縮手段71によって所定の圧縮率で圧縮および分割された複数の分割平行光束は、偏光分離手段111にそれぞれ垂直に入射される。この分割平行光束は、その幅方向中心に頂角が位置するように、９０°の角度に配設された一対の第１偏光分離面118mに、それぞれ４５°の角度で入射される。
【００９２】
これら各第１偏光分離面118mにおいて、第１の偏光成分であるＳ偏光成分は左右に反射分離され、第２の偏光成分であるＰ偏光成分は透過分離される。透過分離されたＰ偏光成分の平行光束はプリズム117内を通り、垂直面から光束合成手段５に向って出射される。
【００９３】
これに対し、各第１偏光分離面118mにてそれぞれ反射分離したＳ偏光成分の平行光束は、それぞれ９０°の角度で対向する第２の偏光分離面119mに４５°の角度でそれぞれ入射され、第１の偏光分離面118mと同じ偏光特性により、このＳ偏光光を図示左方にそれぞれ反射させる。このように各第２の偏光分離面119mにて反射されたＳ偏光光は、プリズム117の垂直面から出射され、対応する反射手段114，115に達する。
【００９４】
また、各反射手段114，115の表面には１／４波長板112，113がそれぞれ設けられており、反射手段114，115に達したＳ偏光光は対応する１／４波長板112，113を往復通過することによりＰ偏光光に変換される。この変換されたＰ偏光光は再びプリズム117の垂直面に入射し、各第２の偏光分離面119mを透過し、プリズム116内を通って、垂直面から出射される。
【００９５】
上記実施の形態によれば、プリズム116，117を細かな鋸波状に形成でき、金型成型などにより低コストで作成できる。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１記載の偏光照明装置によれば、光束圧縮手段によって幅方向を圧縮された平行光束を偏光分離手段の複数の第１の偏光分離面によってＰ偏光成分の平行光束とＳ偏光成分の平行光束に分離し、これら第１の偏光分離面で反射分離された各第１の平行光束を第１の偏光分離面と同じ偏光特性を有する複数の第２の偏光分離面によって、各第１の偏光分離面で透過分離された各第２の平行光束と平行で、反対の方向にそれぞれ反射させ、各第２の偏光分離面で反射する各第１の平行光束を反射手段によって反対向きにそれぞれ反射させるとともに、平行光束の偏光成分を位相差板によって第２の平行光束の偏光成分に変換し、従来のように高精度を要する偏光分離面の設定や、光屈折手段の屈折率の設定作業が不要で、コストや工程上の問題を生じることなく偏光照射装置を構成できる。また、光束圧縮手段からの各平行光束の一方の偏光成分を対称的に２分割するので、光束圧縮手段と偏光分離手段の光軸を一致させることができ、しかも各部品を対称構造により無駄なく配置構成できる。
【００９７】
請求項２記載の偏光照明装置によれば、請求項１記載の偏光照明装置に加え、平行光束照射手段からの平行光束の幅を１／３以下に圧縮するので、偏光分離手段の側方への突出を、平行光束照射手段からの平行光束の幅以下にすることができ、装置全体をコンパクトに構成できる。
【００９８】
請求項３に記載の偏光照明装置によれば、請求項１記載の偏光照明装置に加え、光束圧縮手段により、平行光束照射手段からの平行光束を複数の平行光束に分割するとともに、これら分割された平行光束の幅の総和が平行光束照射手段からの平行光束の幅の１／２以下になるように圧縮し、各平行光束毎に偏光分離と位相差板による偏光成分の変換し、平行光束の幅を１／２以下に圧縮しているため、各偏光分離手段の反射面の辺長を適切な長さにすることができ、隣の分割された平行光束に対する干渉を防止できる。
【００９９】
従来のように高精度を要する偏光分離面の設定や、光屈折手段の屈折率の設定作業が不要で、コストや工程上の問題を生じることなく偏光照射装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光照明装置の前提技術の第１例を示す平面図である。
【図２】同上前提技術の第２例を示す平面図である。
【図３】同上前提技術の第２例の光束圧縮手段および偏光分離手段の具体例を示す斜視図である。
【図４】同上他の光束圧縮手段および偏光分離手段の具体例を示す斜視図である。
【図５】同上前提技術の第３例を示す平面図である。
【図６】同上前提技術の第３例の光束圧縮手段および偏光分離手段の具体例を示す斜視図である。
【図７】同上他の光束圧縮手段および偏光分離手段の具体例を示す斜視図である。
【図８】同上前提技術の第４例を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施の形態を示す平面図である。
【図１０】同上他の実施の形態を示す平面図である。
【符号の説明】
１    平行光束照射手段
２    光束圧縮手段
５ 光合成手段
101，111    偏光分離手段
103６ｍ，103７ｍ，117m，118m    偏光分離面
102，112，113    位相差板としての１／４波長板
【図１】
0003631865.tif 000002
【図２】
0003631865.tif 000003
【図３】
0003631865.tif 000004
【図４】
0003631865.tif 000005
【図５】
0003631865.tif 000006
【図６】
0003631865.tif 000007
【図７】
0003631865.tif 000008
【図８】
0003631865.tif 000009
【図９】
0003631865.tif 000010
【図１０】
0003631865.tif 000011