(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側主表面及び出射側主表面が入射光に対して略４５（ｄｅｇ）、１３５（ｄｅｇ）の所定角度をなすように配置された板状の透光性基板と、
この透光性基板の入射側表面に、入射光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、前記第１の直線偏光を透過させ、第２の直線偏光を反射する偏光分離部と、
前記透光性基板と略平行に配置され、この偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光を、前記偏光分離部を透過した前記第１の直線偏光の光路と略平行な方向に反射する反射素子と、を有し、
前記透光性基板は、複屈折性と旋光性を有する結晶材料からなり、
前記入射光の光軸に垂直な平面に前記透光性基板の結晶光学軸を投影した投影光学軸と、前記第１の直線偏光の偏波面とのなす角を方位角θとしたとき、θ＝０（ｄｅｇ）であり、
前記偏光分離部を透過し前記透光性基板に入射した前記第１の直線偏光が前記第１の直線偏光の偏波面を維持したまま前記透光性基板の出射側表面から出射するように、前記透光性基板の結晶光学軸と前記入射光の光軸とのなす角である交差角ｘと前記透光性基板の板厚ｙとが定められ、
前記透光性基板の出射側には、前記透光性基板を透過した前記第１の直線偏光の偏波面を前記第２の直線偏光の偏波面と平行になるように変換し第２の直線偏光として出射する位相差板が配置される
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載された偏光変換素子において、
前記結晶材料が水晶であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された偏光変換素子において、
前記偏光分離部は金属ワイヤーグリッドで構成されることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載された偏光変換素子において、
前記偏光分離部は誘電体多層膜で構成されることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された偏光変換素子において、
前記反射素子は、水晶板と、この水晶板の表面に設けられたミラー部とを有することを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載された偏光変換素子において、
前記第２の直線偏光は、前記透光性基板を透過しないことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載された偏光変換素子と、この偏光変換素子を保持する保持部材と、を備え、
前記保持部材は、前記透光性基板の両端部と前記反射素子の両端部とをそれぞれ保持する一対の保持板と、
当該一対の保持板の両端部をそれぞれ連結する一対の連結板と、を有することを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項８】
請求項７に記載された偏光変換ユニットにおいて、
前記一対の保持板と前記一対の連結板とは一体に形成され、
前記一対の保持板の互いに対向する部分には前記透光性基板と前記反射素子とをそれぞれ案内するガイド溝が設けられ、
前記ガイド溝は前記一対の保持板の一側面にそれぞれ開口されていることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載された偏光変換ユニットにおいて、
前記一対の保持板と前記一対の連結板とは別体に形成され、
前記一対の連結板は前記一対の保持板を互いに向き合う方向に付勢する係合片を有することを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項１０】
光源と、
前記光源からの光を前記第２の直線偏光に変換して出射する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する光変調手段と、
前記光変調手段により変調された光を投写する投写光学系と、
を有し、
前記偏光変換素子が請求項１から請求項６のいずれかに記載の偏光変換素子であることを特徴とする投写型映像装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された投射型映像装置において、
前記光変調手段は液晶パネルであることを特徴とする投写型映像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子、この偏光変換素子を備えた偏光変換ユニット及び投写型映像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクター等の投影型映像装置は、光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーンの上に拡大投射するものである。この液晶プロジェクターでは、光の利用効率を向上させるため、光源装置から出射されたランダムな偏光（互いに偏光面が直交するＰ偏光とＳ偏光や偏光面の方向がさまざまな直線偏光が混在した光）を有する光（以下、ランダム光と称す）を複数の中間光束に分割し、この分割された中間光束を１種類の直線偏光光に変換し統一して出射するために偏光変換素子が用いられている。
【０００３】
偏光変換素子は、偏光分離膜と反射膜とを透明部材の内部に交互に配置して偏光ビームスプリッターアレイを成形し、この偏光ビームスプリッターアレイの表面に位相差板を設けた構造である。位相差板は、透明部材の光射出面側で偏光分離膜に対応した位置に所定間隔毎に複数配置されている（特許文献１）。
従来、位相差板としては、有機系材料、例えばポリカーボネートフィルム製の１／２波長板が用いられることがあり、この１／２波長板と偏光ビームスプリッターアレイとは有機系接着剤により接着されている。
この偏光変換素子の製造方法としては、両主面には偏光分離膜と反射膜とがそれぞれ形成された無色透明なガラス等の透光性基板を幾重にも積層して積層体を作り、入射面に対して、例えば４５ｄｅｇの角度で切断して得られたレンズアレイの出射面に１／２波長板が接着剤により貼り付けられている。
このように製造された偏光変換素子は、平面矩形状のフレームに組み込まれた状態で、液晶プロジェクターの光学エンジン内に搭載されている（特許文献２）。
【０００４】
白色の光源ランプの高出力化、短アーク長化が進行し、偏光ビームスプリッターアレイ及び当該偏光ビームスプリッターアレイに接着されている１／２波長板に対する熱負荷も増大してきており、１／２波長板を構成する材料として水晶を用いて構成することが考えられている。ここで、１／２波長板を偏光ビームスプリッターアレイの出射側側面に接着させて配置する場合に用いる場合において、接着剤として、耐熱・耐光性能に優れた紫外線硬化性樹脂又は無機系材料の接着剤を用い、冷却ファンによる強制空冷を不要とする液晶プロジェクターがある（特許文献３）。
【０００５】
そして、水晶製１／２波長板と偏光ビームスプリッターアレイとを組合わせるにあたり、互いの平坦度や位置決め等の課題から、入射光束に対して傾斜配置され当該入射光束を２種類の直線偏光光束に分離する複数の偏光分離膜と、各偏光分離膜の間に交互に平行配置され偏光分離膜で分離されたいずれか一方の直線偏光光束を反射する複数の反射膜と、これらの偏光分離膜及び反射膜が設けられる透光性部材と、を含んで構成される偏光分離素子（偏光ビームスプリッター）を備え、水晶部材により形成され偏光分離膜で分離されたいずれか一方の直線偏光光束の偏光面を他方の直線偏光光束の偏光面に変換する複数の位相差板を備え、さらに、透光性部材の光束射出側に前記位相差板の端部を貼着するスペーサー部材を備えた偏光変換ユニットがある（特許文献４）。ここで、スペーサー部材は、被着体の貼り直しが可能であることや、偏光分離素子アレイと位相差板との隙間の寸法Ｇは、０．０１≦Ｇ≦０．３ｍｍの範囲にあることが最適とされる。
【０００６】
近年、光学部品としての長寿命化の要求が増してきたことに伴って、接着剤の劣化の問題が生じてきた。
この問題を解決するために、ガラスや水晶等の２枚の透光性基板を接合する手段として、表面にシロキサン（Ｓｉ−Ｏ）結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格と、該Ｓｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含む接合膜とプラズマ重合法により成膜し、当該接合膜にエネルギーを付与することにより前記接合膜の表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより、接合膜の表面の前記領域に発現した接着性によって、前記２枚の透光性基板を接合する接合方法が提案されている（特許文献５）。そして、従来、光入射面と、この光入射面にほぼ平行な光出射面とを有し、これらの光入射面と光出射面とに沿って複数の透光性部材、偏光分離膜、反射膜、位相板及びプラズマ重合膜が配置され、複数の透光性部材のうち一部の透光性部材の傾斜面には偏光分離膜と反射膜とのいずれか一つが設けられ、透光性部材の傾斜面の表面、偏光分離膜の表面及び反射膜の表面の少なくともいずれか一つの面にプラズマ重合膜が設けられた偏光変換素子が提案されている（特許文献６）。この特許文献６の従来例では、プラズマ重合膜により、隣接する透光性部材と反射膜との間、隣接する透光性部材と位相板との間、隣接する位相板と偏光分離膜との間の少なくともいずれかが分子接合されており、プラズマ重合膜は、その主材料がポリオルガノシロキサンとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献６の従来例では、プラズマ重合膜による接合膜の膜厚は数十ｎｍという極めて薄い膜で構成されており、この接合膜を透光性基板の表面にプラズマ重合法を用いて形成する過程で透光性基板の表面に塵やゴミ等の付着物が付着してしまうと、接合膜の膜厚よりも付着物の高さの方が遥かに高いため、付着物が付着している領域を中心として所定の領域において透光性基板同士を接合することができず、気泡などがその領域に混入してしまい、光学特性上や接合信頼性、製品寿命に大きな悪影響を与えるという課題がある。
そこで、プラズマ重合膜を用いない従来例として、特許文献７のものがある。この特許文献７では、光学ブロックは、基板上に刻設されている溝に対してＰＢＳ（偏光分離素子）、ミラー及び１／２波長板等の光学部品が装着されて構成されている。ＰＢＳはガラス板に例えばＴｉＯ２等を表面蒸着することによって形成され、光の入射方向に対して所定の角度で基板に圧入装着されている。ミラーは長方形のガラス板に例えばアルミや誘電体誘電体多層膜等を表面蒸着することによって入射した光を反射することができるようになっている。そして、ＰＢＳで分離され反射したＳ波を出射側に反射する角度で基板に装着されている。１／２波長板は、長方形のガラス板に例えばポリカーボネート、ポリビニールアルコール、ポリエチレンテレフタレートフィルムを一軸延伸した１／２位相差フィルムを貼り付けて形成されている。そして、ミラーで反射されたＳ波を入射する位置に装着され、Ｐ波に偏光して出射する。このように、ＰＢＳ、ミラー、１／２波長板等によって光学ブロックを構成することにより、入射したＰ波（Ｐ偏光）とＳ波（Ｓ偏光）を含むランダム偏光の光を、Ｐ波（Ｐ偏光）のみに統一して出射することができるとともに、光学ブロックの入射側面積と出射側面積とをほぼ同一にすることができるようになる。
【０００８】
水晶は複屈折性を有するだけでなく旋光性も有しており、この旋光性は、水晶製波長板の位相差特性に影響を及ぼすという問題があることがよく知られている。
この問題に対して、旋光能を有する光学結晶材料からなる２つの波長板を各々の結晶光学軸を所定の角度で交差するように配置して積層し、ポアンカレ球を用いて偏光の軌跡を解析し、両波長板の複屈折位相差、光学軸方位角度、旋光能、及び回転軸と中性軸のなす角との関係を近似式により求めた所定の関係式を満足するように構成することにより、旋光能による影響を低減し、広帯域において特性を良くすることを試みた１／４波長板が提案されている（特許文献８）。
さらに、水晶等の無機材料からなる１枚の波長板に関し、複屈折性及び旋光性を有し、短波長で高出力の青紫色レーザに対して十分な耐光性、信頼性を発揮する水晶等の無機材料の結晶板で形成され、かつ楕円率を最適に即ち０．９以上の高い値に又は実質的に１に近付けることが可能な優れた光学特性の１／４波長板が提案されている（特許文献９）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２号公報
【特許文献２】特許第３６１０７６４号公報
【特許文献３】特開２００９−１０３８６３号公報
【特許文献４】特許第４３２９８５２号公報
【特許文献５】特許第４３３７９３５号公報
【特許文献６】特開２０１０−６０７７０号公報
【特許文献７】再公表ＷＯ９８／２３９９３号公報
【特許文献８】特開２００５−１５８１２１号公報
【特許文献９】特開２０１０−１３４４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献７で示される従来例では、前記ＰＢＳはＴｉＯ２（高屈折率材料）とＳｉＯ２（低屈折率材料）とを交互に繰り返し積層してなる誘電体多層膜、等をガラス基板の表面に蒸着して偏光分離膜を形成しているため、熱膨張係数の違いに起因した熱歪みによる前記ガラス基板と前記偏光分離膜との界面での剥離の恐れがあるだけでなく、ガラス板での放熱性にも限界があり、耐熱性や長寿命化の高い要請を十分に満足することができない。
そこで、放熱効果を考慮して、ガラス基板に代えて水晶板を前記ＰＢＳに用いることも考えられるが、水晶は複屈折性を有するだけでなく旋光性も有しているので、単に、ガラス板を水晶板に置き代えたのでは、入射する直線偏光の偏光面との関係から位相差を発生しないように結晶光学軸の方位を決定するだけでは、旋光性の問題を解決するまでには至らず、前記入射する直線偏光に旋光能に起因した光学的な作用が生じてしまうという問題が生じてしまう。
ここで、旋光能が位相差に与える影響に着目した特許文献８や特許文献９で示される従来例で試みられている技術思想を適用することによって、入射するＰ偏光の光になんら光学作用を生じさせることなく透過させることを可能とする偏光分離素子の実現を図ることが検討されるが、水晶製１／４波長板が有する複屈折位相差に対する旋光能の影響を改善するための旋光能補償技術に関するものであるこれら特許文献８や特許文献９に記載された技術思想をそのまま特許文献７に適用することによって、本願発明者らが掲げた問題の解決を図ることは困難であった。
【００１１】
本発明の目的は、構造がコンパクトになるとともに耐熱性や長寿命化を図ることができる偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投射型映像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
［適用例１］
本適用例に係る偏光変換素子は、入射側主表面及び出射側主表面が入射光に対して略４５（ｄｅｇ）、１３５（ｄｅｇ）の所定角度をなすように配置された板状の透光性基板と、この透光性基板の入射側表面に、入射光を互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離して、前記第１の直線偏光を透過させ、第２の直線偏光を反射する偏光分離部と、前記透光性基板と略平行に配置され、この偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光を、前記偏光分離部を透過した前記第１の直線偏光の光路と略平行な方向に反射する反射素子と、を有し、前記透光性基板は、複屈折性と旋光性を有する結晶材料からなり、前記入射光の光軸に垂直な平面に前記透光性基板の結晶光学軸を投影した投影光学軸と、前記第１の直線偏光の偏波面とのなす角を方位角θとしたとき、θ＝０（ｄｅｇ）であり、前記偏光分離部を透過し前記透光性基板に入射した前記第１の直線偏光が前記第１の直線偏光の偏波面を維持したまま前記透光性基板の出射側表面から出射するように、前記透光性基板の結晶光学軸と前記入射光の光軸とのなす角である交差角ｘと前記透光性基板の板厚ｙとが定められ、前記透光性基板の出射側には、前記透光性基板を透過した前記第１の直線偏光の偏波面を前記第２の直線偏光の偏波面と平行になるように変換し第２の直線偏光として出射する位相差板が配置されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、偏光分離部が透光性基板に設けられて構成された偏光分離素子と、反射素子とからレンズアレイを構成しているので、これらの間に設けられたガラス等の透明部材が不要とされ、構造がコンパクトになる。
しかも、透光性基板として熱伝導率がガラスより高い結晶材料を用いているため、従来に比べて放熱効果が高く、耐熱性や長寿命化を図ることができる。
そして、結晶材料は複屈折性と旋光性を有するので、光軸方向に伝搬する直線偏光の振動面が光の進行につれてねじれてしまい、偏光状態が変化して偏光変換効率が低下するという課題があるが、本適用例では、偏光分離部を透過し透光性基板に入射した第１の直線偏光は、この第１の直線偏光の偏波面を維持したまま透光性基板の出射側表面から出射するので、偏光状態の変化をなくすことができる。
そして、θ＝０（ｄｅｇ）であるため、直線複屈折性による位相差Γの生じない（Γ＝０）という条件で、偏光変換効率が高い透光性基板を容易に設定することができる。
【００１４】
［適用例３］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記結晶材料が水晶であることを特徴とする。
この構成の本適用例では、結晶材料としてサファイヤ等の結晶材料に比べて安価に入手できる水晶を用いることで、偏光変換素子を安価に提供することができる。
【００２７】
［適用例１６］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記偏光分離部は金属ワイヤーグリッドで構成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、偏光分離部を金属ワイヤーグリッドで形成することで、簡単に偏光変換素子を製造することができる。
【００２８】
［適用例１７］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記偏光分離部は誘電体多層膜で構成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、偏光分離膜を誘導体多層膜で形成することで、簡単に偏光変換素子を製造することができる。
【００２９】
［適用例１８］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記反射素子は水晶板と、この水晶板の表面に設けられたミラー部とを有することを特徴とする。
この構成の本適用例では、ミラー部が設けられる板材がガラスではなく水晶であるため、透光性基板とともに反射素子でも、放熱効果が高くなり、耐熱性や長寿命化を一層図ることができる。
【００３０】
［適用例１９］
本適用例に係る偏光変換ユニットは、前述の構成の偏光変換素子と、この偏光変換素子を保持する保持部材と、を備え、前記保持部材は、前記透光性基板の両端部と前記反射素子の両端部とをそれぞれ保持する一対の保持板と、当該一対の保持板の両端部をそれぞれ連結する一対の連結板と、を有することを特徴とする。
この構成の本適用例では、透光性基板及び偏光分離部を備えて構成される偏光分離素子と反射素子とを保持部材にコンパクトに収納できるので、取り扱いが便利となる。
【００３１】
［適用例２０］
本適用例に係る偏光変換ユニットは、前記一対の保持板と前記一対の連結板とは一体に形成され、前記一対の保持板の互いに対向する部分には前記透光性基板と前記反射素子とをそれぞれ案内するガイド溝が設けられ、前記ガイド溝は前記一対の保持板の一側面にそれぞれ開口されていることを特徴とする。
この構成の本適用例では、前記偏光分離素子と前記反射素子とをそれぞれガイド溝に沿って差し込むだけで偏光変換ユニットが組み立てられるので、組立作業が容易となる。
【００３２】
［適用例２１］
本適用例に係る偏光変換ユニットは、前記一対の保持板と前記一対の連結板とは別体に形成され、前記一対の連結板は前記一対の保持板を互いに向き合う方向に付勢する係合片を有することを特徴とする。
この構成の本適用例では、一対の連結板によって、一対の保持部材を互いに近接する方向に付勢して偏光分離素子と反射素子とを確実に保持することになり、偏光分離素子や反射素子が偏光分離ユニットから脱落することを防止することができる。
【００３３】
［適用例２２］
本適用例に係る投射型映像装置は、光源と、前記光源からの光を前記第２の直線偏光に変換して出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子からの出射光を、投写しようとする画像情報に応じて変調する光変調手段と、前記光変調手段により変調された光を投写する投写光学系と、を有し、前記偏光変換素子が前述の構成の偏光変換素子であることを特徴とする。
この構成の本適用例では、偏光変換素子の偏光変換効率が高いので、投影精度の高い投射型映像装置を提供することができる。
【００３４】
［適用例２３］
本適用例に係る投射型映像装置は、前記光変調手段は液晶パネルであることを特徴とする。
この構成の本適用例では、前述の効果を奏することができる液晶プロジェクターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる偏光変換素子の概略図。
【図２】（Ａ）は偏光分離素子を構成する水晶板の端面図、（Ｂ）は水晶板の一部を示す正面図。
【図３】水晶の波長板における光学軸方位、板厚、切断角度の関係を示すもので、（Ａ）は端面図、（Ｂ）は斜視図。
【図４】図３の原理を説明するためのポアンカレ球を示す概略図。
【図５】屈折角度φを説明するための概略図。
【図６】切断角度qが０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図７】切断角度qが０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図８】切断角度qが１５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図９】切断角度qが１５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図１０】切断角度qが３０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図１１】切断角度qが３０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図１２】切断角度qが４５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図１３】切断角度qが４５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図１４】切断角度qが６０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図１５】切断角度qが６０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図１６】切断角度qが７５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図１７】切断角度qが７５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図１８】切断角度qが９０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図１９】切断角度qが９０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図２０】切断角度qが１０５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図２１】切断角度qが１０５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図２２】切断角度qが１２０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図２３】切断角度qが１２０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図２４】切断角度qが１３５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図２５】切断角度qが１３５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図２６】切断角度qが１５０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図２７】切断角度qが１５０ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図２８】切断角度qが１６５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図。
【図２９】切断角度qが１６５ｄｅｇの場合の０度方向強度（透過特性）を示すグラフ。
【図３０】交差角ｘと許容される板厚ｙoの最大値ｙとの関係を示すグラフ。
【図３１】（Ａ）は交差角ｘが−９０ｄｅｇの状態を示す概略図、（Ｂ）は交差角ｘが−４５ｄｅｇの状態を示す概略図、（Ｃ）は交差角ｘが０ｄｅｇの状態を示す概略図。
【図３２】本発明の第２実施形態が組み込まれた液晶プロジェクターの概略構成図。
【図３３】第２実施形態にかかる偏光変換ユニットを示す斜視図。
【図３４】（Ａ）は保持部材の平面図、（Ｂ）は保持部材の断面図。
【図３５】保持部材の一部を示す分解斜視図。
【図３６】本発明の第３実施形態にかかる偏光変換ユニットを示す斜視図。
【図３７】保持部材の一部を示す分解斜視図。
【図３８】本発明の第４実施形態にかかる偏光変換素子の概略図。
【図３９】本発明の第５実施形態にかかる偏光分離素子の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態において、同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１から図３１には第１実施形態が示されている。
図１は第１実施形態の概略を示す。
図１において、第１実施形態の偏光変換ユニット１は、偏光変換素子２と、この偏光変換素子２を保持する保持部材３とを備える。保持部材３は平面矩形状の例えば合成樹脂製の板材である。
偏光変換素子２は交互に配置される偏光分離素子２１及び反射素子２２と、偏光分離素子２１の光射出面側に配置される位相差板２３とを備え、これらの偏光分離素子２１、反射素子２２及び位相差板２３のそれぞれの一端部は、保持部材３の凹部（図示せず）に嵌合されている。
偏光分離素子２１及び反射素子２２は、図１中、保持部材３の中心を挟んで左右に複数枚、例えば、２枚ずつ配置され、このうち、中心に対して左側に配置された偏光分離素子２１及び反射素子２２と右側に配置された偏光分離素子２１及び反射素子２２とは、前記中心に対して対称関係に配置されている。
【００３７】
偏光分離素子２１は、その入射側主表面及び出射側主表面が入射光ＩＬに対して所定角度、本実施形態では、４５ｄｅｇをなすように配置された透光性基板２１Ａと、この透光性基板２１Ａの入射側表面に、入射光ＩＬを、互いに直交する第１の直線偏光であるＰ偏光Ｐと第２の直線偏光であるＳ偏光Ｓとに分離して、Ｐ偏光Ｐを透過させ、Ｓ偏光Ｓを反射する偏光分離部２１Ｂの表面と、この偏光分離部２１Ｂが配置された透光性基板２１Ａの入射光ＩＬが入射する側の主面とは反対側の主面（出射側の主面）にそれぞれ設けられた反射防止部２１Ｃとを有する。
透光性基板２１Ａは、複屈折性と旋光性を有する水晶から平面矩形の板状に形成されている。
偏光分離部２１Ｂは、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりなる低屈折率層と、例えば酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）よりなる高屈折率層とが所定の順序及び光学膜厚で形成され、光学的に面内均一とされた誘電体多層膜から構成される。
反射防止部２１Ｃは、例えば、二酸化ケイ素と、酸化チタンとを交互に順次積層してなる誘電体多層膜、等の物質を蒸着することで形成される。
【００３８】
反射素子２２は、偏光分離部２１Ｂで分離・反射されたＳ偏光Ｓを、偏光分離部２１Ｂを透過したＰ偏光Ｐの光路と略平行な方向に反射させるものであり、水晶板２２Ａと、この水晶板２２Ａの表面に設けられたミラー部２２Ｂとを有する。
ミラー部２２Ｂは、例えば、二酸化ケイ素、酸化チタン等の物質を蒸着することで形成される多層膜で構成される。
位相差板２３は、透光性基板２１Ａの出射側に配置され透光性基板２１Ａを透過したＰ偏光Ｐの偏波面をＳ偏光Ｓの偏波面と平行になるように変換する１／２波長板２３Ａと、この１／２波長板２３Ａの両面に設けられた反射防止部２３Ｂとを有する。この反射防止部２３Ｂは偏光分離素子２１に設けられた反射防止部２１Ｃと同じである。
【００３９】
透光性基板２１Ａの概略構成が図２に示されている。図２（Ａ）は端面からみた透光性基板２１Ａの概略図であり、図２（Ｂ）は透光性基板２１Ａの一部を示す正面図である。
図２（Ａ）において、透光性基板２１Ａは、その板厚がｙoであり、入射光ＩＬが入射され、出射光ＯＬとして透過される。入射光ＩＬは発散角＋αから−αの範囲で入射される。入射光ＩＬに対応して出射光ＯＬも発散角＋αから−αの範囲で出射される。
透光性基板２１Ａの主面に直交する法線ＰＬと結晶光学軸ＰＯとのなす角度が切断角度qである。
透光性基板２１Ａの結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とのなす角が交差角ｘである。
【００４０】
偏光分離素子２１の透光性基板２１Ａは、複屈折性と旋光性を有する水晶板であるため、入射光ＩＬに対する出射光ＯＬの偏光変換効率が高くなるように設計する必要がある。
その設計に至った経緯について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、水晶の波長板における光学軸方位、板厚、切断角度の関係を示すもので、（Ａ）は端面図、（Ｂ）は斜視図である。
一般に、水晶からなる波長板を設計するためのパラメータとして、光学軸方位θ、切断角度qで設定される旋光能、板厚ｙoで設定される位相差Γがある。ここで、ポアンカレ球で定義される
図２に示される通り、本発明者らは、結晶光学軸ＰＯを設定して、直線複屈折性による位相差Γの生じない結晶板の構成を検討し、さらに、円複屈折性による位相差２ρ、所謂、旋光性による偏光の回転をも抑圧した光学素子を偏光変換素子に応用することを検討した。
入射光ＩＬの光軸に垂直な平面に結晶板の結晶光学軸ＰＯを投影した投影光学軸と、Ｐ偏光Ｐの偏波面とのなす角を方位角θとしたとき、θ＝０（ｄｅｇ）となるように水晶板を配置すると、直線複屈折位相差Γは０となる。
方位角θを０（ｄｅｇ）に固定し、旋光能に対応する２ｑよる位相差Γ’（板厚ｙoに対応）へ影響度をシミュレーションと実験と繰り返し評価、検証を行った。
図４には、偏光状態を説明するためのポアンカレ球の概略構成が示されている。
図４において、まず、Ｓ１軸上であって赤道上に直線偏光Ｐ１の偏光の位置を設定する。Ｓ１軸を２θだけ赤道上を回してＲ１軸とし、このＲ１軸を切断角度２ｑだけ起こしてＲ２軸とし、このＲ２軸を位相差Γに対応した角度だけ回転させてＰ１がＰ２となる。このＰ２を所望の偏光状態になるように、光学軸方位θ、切断角度ｑ、位相差Γを調整する。
【００４１】
本実施形態では、切断角度qを、透光性基板２１Ａの主面に対する法線ＰＬと結晶光学軸ＰＯとのなす角度と定義する。
各切断角度により切り出された透光性基板（水晶板）毎に、入射光ＩＬ（Ｐ偏光）に作用するΓ’の値を評価した。
【００４２】
【数１】
0005919622.tif 000002
【００４３】
入射光ＩＬは、透光性基板２１Ａへ入射すると、屈折して透光性基板２１Ａの中を進行する。そして、透光性基板２１Ａから出射するとき入射光ＩＬの光軸と平行な方向に屈折した出射光となって出射することとなる。ここで、図５に示される通り、
入射光ＩＬが透光性基板２１Ａへ入射したときに屈折角度φで屈折することになる。
本願発明者らは、入射光が透光性基板２１Ａへ入射したときに屈折する屈折角度φが、実際の透光性基板２１Ａの中を進行する光の光軸と結晶光学軸ＰＯとのなす角度βを決定し、βに応じて、旋光能２ｑが変化することに着目して実験、評価を行った。
【００４４】
切断角度qと透光性基板２１Ａの透過特性との関係を説明する。
図６は切断角度qが０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図７は、その場合の透過特性としての０度方向強度を示すグラフである。図６では、入射光ＩＬの入射角が０ｄｅｇとされている。透光性基板２１Ａは、その主面が入射角に対して４５ｄｅｇ傾けて配置されているため、透光性基板２１Ａの主面に直交する法線は１３５ｄｅｇである。一方、結晶光学軸ＰＯは図６から明らかなように、１３５ｄｅｇとされている。そのため、図６では、切断角度qは０ｄｅｇである。
図７では、発散角αが−１０ｄｅｇの場合を発散角α−１０、発散角αが−５ｄｅｇの場合をα−５、発散角αが０ｄｅｇの場合をα０、発散角αが＋５ｄｅｇの場合をα＋５、発散角αが＋１０ｄｅｇの場合をα＋１０として表示する。図７に対応する他の図でも同じである。
図７において、α０、α＋５、α＋１０では、０度方向強度（透過特性）が０．９以上と高いが、α−１０、α−５では、波長によっては０度方向強度が０．８未満の場合もある。
【００４５】
図８は切断角度qが１５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図９は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図９では、α−５、α０、α＋５、α−１０では、０度方向強度（透過特性）が０．９以上と高いが、α＋１０では、波長によっては０度方向強度が０．８未満の場合もある。
図１０は切断角度qが３０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図１１は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図１１では、α＋１０では、０度方向強度（透過特性）が０．９以上と高いが、α−５、α０、α＋５、α−１０では、波長によっては０度方向強度が０．８未満の場合もある。
【００４６】
図１２は切断角度qが４５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図１３は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図１３では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．９以上と高いものであった。
図１４は切断角度qが６０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図１５は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図１５では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
図１６は切断角度qが７５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図１７は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図１７では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
【００４７】
図１８は切断角度qが９０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図１９は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図１９では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
図２０は切断角度qが−７５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図２１は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図２１では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
図２２は切断角度qが−６０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図２３は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図２３では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
【００４８】
図２４は切断角度qが−４５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図２５は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図２５では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
図２６は切断角度qが−３０ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図２７は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図２７では、α―１０、α−５、α０、α＋５、α＋１０の全てで０度方向強度が０．８未満の場合があった。
図２８は切断角度qが−１５ｄｅｇの場合の透光性基板の模式図であり、図２９は、その場合の０度方向強度を示すグラフである。
図２９では、α―１０、α−５、α＋５、α＋１０で０度方向強度が０．８未満の場合があった。
【００４９】
以上の関係から交差角ｘと許容される板厚ｙoの最大値ｙとの関係を求める。交差角ｘと許容される板厚ｙoの最大値ｙとの関係が図３０に示されている。ここで、許容される板厚ｙoの最大値ｙは、全発散光（αが±１０ｄｅｇ）の範囲において偏光変換効率（０度方向強度）が０．８以上となる板厚である。
そして、透光性基板２１Ａの結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸との交点に、結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とを含む平面に垂直な方向にたてた軸を中心軸とし、結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とを含む平面に垂直な方向から見て、中心軸の反時計周りの方向を正（プラス）とすると、交差角ｘは、−９０（ｄｅｇ）≦ｘ≦＋９０（ｄｅｇ）である。
図３０において、交差角ｘが
−９０ｄｅｇ＜ｘ≦−８０ｄｅｇの場合（エリアＱ１）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙoの最大値ｙは、
ｙ＝−０．００５８ｘ２−０．９６７２ｘ−３８．８５８（ｍｍ）……（１）
で求められる。
ここで、交差角ｘが−９０ｄｅｇでは、ｙは０．８６５３ｍｍであり、交差角ｘが−８０ｄｅｇでは、ｙは１．１２５７ｍｍであるから、エリアＱ１の範囲では、
０．８６５３ｍｍ＜ｙ≦１．１２５７ｍｍ  である。
なお、図３１（Ａ）には、交差角ｘが−９０ｄｅｇの状態が示されている。
【００５０】
交差角ｘが
−８０ｄｅｇ＜ｘ≦−５５ｄｅｇの場合（エリアＱ２）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙoの最大値ｙは、
ｙ＝２×１０−６ｘ５＋０．０００８ｘ４＋０．１１４５ｘ３
＋７．９７３８ｘ２＋２７６．９２ｘ＋３８４２．１（ｍｍ）……（２）
で求められる。
ここで、交差角ｘが−８０ｄｅｇでは、ｙは１．１２５７ｍｍであり、交差角ｘが−５５ｄｅｇでは、ｙは３．８５０６ｍｍであるから、エリアＱ２の範囲では、
１．１２５７ｍｍ＜ｙ≦３．８５０６ｍｍ  である。
交差角ｘが
−５５ｄｅｇ＜ｘ≦−３５ｄｅｇの場合（エリアＱ３）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙoの最大値ｙは、
３．７（ｍｍ）≦ｙである。つまり、板厚ｙoの許容される最大値ｙは３．７ｍｍ以上であるならば、フリーである。
なお、図３１（Ｂ）には、交差角ｘが−４５ｄｅｇの状態が示されている。
【００５１】
交差角ｘが
−３５ｄｅｇ＜ｘ≦−１５ｄｅｇの場合（エリアＱ４）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙoの最大値ｙは、
ｙ＝−４×１０−５ｘ４−０．００４５ｘ３−０．１８２８ｘ２
−３．１８３１ｘ−１８．４４９      ……（３）
で求められる。
ここで、交差角ｘが−３５ｄｅｇでは、ｙは３．７０３０ｍｍであり、交差角ｘが−１５ｄｅｇでは、ｙは１．２９９９ｍｍであるから、エリアＱ４の範囲では、
３．７０３０ｍｍ＜ｙ≦１．２９９９ｍｍ  である。
交差角ｘが
−１５ｄｅｇ＜ｘ≦＋５ｄｅｇの場合（エリアＱ５）では、透光性基板２１Ａの板厚ｙoの最大値ｙは、
ｙ＝９×１０−０６ｘ４＋０．０００２ｘ３＋０．００７１ｘ２
＋０．１７８６ｘ＋２．４６０７    ……（４）
で求められる。
ここで、交差角ｘが−１５ｄｅｇでは、ｙは１．２９９９ｍｍであり、交差角ｘが＋５ｄｅｇでは、ｙは３．５５５４ｍｍであるから、エリアＱ６の範囲では、１．２９９９ｍｍ＜ｙ≦３．５５５４ｍｍ  である。
なお、図３１（Ｃ）には、交差角ｘが０ｄｅｇの状態が示されている。
交差角ｘが
＋５ｄｅｇ＜ｘ≦＋１０ｄｅｇの場合（エリアＱ６）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙは
ｙ＝−０．５５９７ｘ＋６．３５４１    ……（５）
で求められる。
ここで、交差角ｘが＋５ｄｅｇでは、ｙは３．５５５４ｍｍであり、交差角ｘが＋１０ｄｅｇでは、ｙは０．７５６６ｍｍであるから、エリアＱ６の範囲では、０．７５６６ｍｍ≦ｙ＜３．５５５４ｍｍである。
【００５２】
交差角ｘが
＋１０ｄｅｇ＜ｘ≦＋３０ｄｅｇの場合（エリアＱ７）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙは
ｙ＝１×１０−５ｘ４−０．０００８ｘ３−０．０２２４ｘ２−０．２８３３ｘ
＋２．０２７６            ……（６）
で求められる。
ここで、交差角ｘが＋１０ｄｅｇでは、ｙは０．７５６６ｍｍであり、交差角ｘが＋３０ｅｇでは、ｙは０．７０１６ｍｍであるから、エリアＱ７の範囲では、０．７０１６ｍｍ≦ｙ＜０．７５６６ｍｍである。
交差角ｘが
＋３０ｄｅｇ＜ｘ≦＋３５ｄｅｇの場合（エリアＱ８）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙは
ｙ＝０．３８７８ｘ−１０．９３１    ……（７）
で求められる。
ここで、交差角ｘが＋３０ｄｅｇでは、ｙは０．７０１６ｍｍであり、交差角ｘが＋３５ｄｅｇでは、ｙは２．６４０４ｍｍであるから、エリアＱ８の範囲では、０．７０１６ｍｍ≦ｙ＜２．６４０４ｍｍである。
【００５３】
交差角ｘが
＋３５ｄｅｇ＜ｘ≦＋７５ｄｅｇの場合（エリアＱ９）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙは
ｙ＝５×１０−９ｘ６−２×１０−６ｘ５＋０．０００２ｘ４
−０．０１７６ｘ３
＋０．７４４１ｘ２−１６．９７２ｘ＋１６５．７２        ……（８）
で求められる。
ここで、＋３５ｄｅｇでは、ｙは２．６４０４ｍｍであり、交差角ｘが＋７０ｄｅｇでは、ｙは０．６９０６ｍｍであり、＋７５ｄｅｇでは、ｙは０．９５２０ｍｍであるから、エリアＱ９の範囲ではｍ０．６９０６ｍｍ≦ｙ≦２．６４０４ｍｍである。
交差角ｘが
＋７５ｄｅｇ＜ｘ＜＋９０ｄｅｇの場合（エリアＱ１０）では、
透光性基板２１Ａの板厚ｙは
ｙ＝９×１０−５ｘ３−０．０２１５ｘ２＋１．６７６１ｘ−４２．１７６……（９）
で求められる。
ここで、交差角ｘが＋７５ｄｅｇでは、ｙは０．９５２０ｍｍであり、交差角ｘが＋８５ｄｅｇでは、ｙは０．８２８４ｍｍであり、交差角ｘが＋９０ｄｅｇでは、ｙは０．８６５３ｍｍであるから、エリアＱ１０の範囲では、０．８２８４ｍｍ≦ｙ≦０．９５２０ｍｍである。
【００５４】
以上の構成の第１実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）複屈折性と旋光性を有する結晶材料からなる透光性基板２１Ａと、この透光性基板２１Ａの入射側表面に設けられＰ偏光を透過させ、かつ、Ｓ偏光を反射する偏光分離部２１Ｂとを備えて偏光分離素子２１を構成し、偏光分離部２１Ｂで反射されたＳ偏光Ｓを反射する反射素子２２を透光性基板２１Ａと略平行に配置し、位相差板２３を透光性基板２１Ａの出射側に配置し、偏光分離部２１Ｂを透過し透光性基板２１Ａに入射したＰ偏光Ｐを、その偏波面を維持したまま透光性基板２１Ａの出射側表面から出射するようにし、位相差板２３で透光性基板２１Ａを透過したＰ偏光Ｐの偏波面をＳ偏光Ｓの偏波面と平行になるように変換してＳ偏光Ｓとして出射するようにした。そのため、偏光分離素子２１と反射素子２２とからレンズアレイが構成されていることから、これらの間に設けられたガラス等の透明部材が不要とされ、構造がコンパクトになる。しかも、透光性基板２１Ａとして結晶材料を用いているため、この結晶材料がガラスに比べて放熱効果が高いので、耐熱性や長寿命化を図ることができる。ここで、本実施形態では、透光性基板２１Ａとして、複屈折性と旋光性を有する結晶材料を用いているため、偏光状態が変化して偏光変換効率が低下するという恐れがあるが、偏光分離部２１Ｂを透過し透光性基板２１Ａに入射したＰ偏光Ｐをこの偏波面を維持したまま透光性基板２１Ａの出射側表面から出射する構成としたので、偏光状態の変化をなくすことができ、光学特性を良好なものにできる。
【００５５】
（２）透光性基板２１Ａを、入射光ＩＬに対して略４５（ｄｅｇ）あるいは１３５（ｄｅｇ）として配置したから、偏光分離素子２１の偏光分離部２１ＢによってＳ偏光Ｓを入射光に対して略直角に反射素子２２に向けて反射させることができるので、反射素子２２で反射される光Ｓ偏光ＳをＰ偏光Ｐと略平行にすることができる。そのため、反射素子２２の反射光と偏光分離素子２１の透過光とを容易に揃えることができるので、偏光変換素子２を容易に組み立てることができる。
【００５６】
（３）透光性基板２１Ａは水晶から形成されるので、水晶がサファイヤ等の他の結晶材料に比べて安価に入手できるから、偏光変換素子２を安価に提供することができる。
（４）入射光ＩＬの光軸に垂直な平面に透光性基板２１Ａの結晶光学軸ＰＯを投影した投影光学軸とＰ偏光Ｐの偏波面とのなす角を方位角θとしたとき、θ＝０（ｄｅｇ）としたから、複屈折性による位相差Γの生じない（Γ＝０）という条件で、偏光変換効率が高い透光性基板２１Ａを容易に設定することができる。
【００５７】
（５）透光性基板２１Ａの結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とのなす角を交差角ｘとし、透光性基板２１Ａの結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸との交点に、結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とを含む平面に垂直な方向にたてた軸を中心軸とし、結晶光学軸ＰＯと入射光ＩＬの光軸とを含む平面に垂直な方向から見て、中心軸の反時計周りの方向を正としたとき、交差角ｘを、−９０（ｄｅｇ）≦ｘ≦＋９０（ｄｅｇ）を満足するように設定した。そのため、偏光分離部２１Ｂを透過し透光性基板２１Ａに入射したＰ偏光Ｐを確実にその偏波面を維持したまま透光性基板２１Ａの出射側表面から出射させることができる。
【００５８】
（６）交差角ｘと透光性基板２１Ａの板厚ｙｏの最大値ｙとを、複数のエリア毎に近似式から求めた。つまり、「−９０（ｄｅｇ）≦ｘ≦−８０（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝−０．００５８ｘ２−０．９６７２ｘ−３８．８５８（ｍｍ）」を満足するようにし、「−８０（ｄｅｇ）＜ｘ≦−５５（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝２×１０−６ｘ５＋０．０００８ｘ４＋０．１１４５ｘ３＋７．９７３８ｘ２＋２７６．９２ｘ＋３８４２．１（ｍｍ）」を満足するようにし、「−３５（ｄｅｇ）＜ｘ≦−１５（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝−４×１０−５ｘ４−０．００４５ｘ３−０．１８２８ｘ２−３．１８３１ｘ−１８．４４９（ｍｍ）」を満足するようにし、「−１５（ｄｅｇ）＜ｘ≦＋５（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝９×１０−６ｘ４＋０．０００２ｘ３＋０．００７１ｘ２＋０．１７８６ｘ＋２．４６０７（ｍｍ）」を満足するようにし、「＋５（ｄｅｇ）＜ｘ≦＋１０（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝−０．５５９７ｘ＋６．３５４１（ｍｍ）」を満足するようにし、「＋１０（ｄｅｇ）＜ｘ≦＋３０（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝１×１０−５ｘ４−０．０００８ｘ３−０．０２２４ｘ２−０．２８３３ｘ＋２．０２７６  （ｍｍ）」を満足するようにし、「＋３０（ｄｅｇ）＜ｘ≦＋３５（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝０．３８７８ｘ−１０．９３１（ｍｍ）」を満足するようにし、「＋３５（ｄｅｇ）＜ｘ≦＋７５（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝５×１０−９ｘ６−２×１０−６ｘ５＋０．０００２ｘ４−０．０１７６ｘ３＋０．７４４１ｘ２−１６．９７２ｘ＋１６５．７２（ｍｍ）」を満足するようにし、「＋７５（ｄｅｇ）＜ｘ＜＋９０（ｄｅｇ）」の場合に、「ｙ＝９×１０−５ｘ３−０．０２１５ｘ２＋１．６７６１ｘ−４２．１７６（ｍｍ）」を満足するようにした。従って、各エリア毎に適正な板厚ｙｏの最大値ｙを求めることができるので、高い偏光変換効率を得ることで、光学特性を良好なものにできる。
【００５９】
（７）交差角ｘを、−５５（ｄｅｇ）＜ｘ≦−３５（ｄｅｇ）を満足するように、特に、−４５（ｄｅｇ）に近づくように設定することで、板厚ｙｏの最大値ｙにかかわらず、良好な偏光変換効率を得ることができる。
（８）反射素子２２において、ミラー部２２Ｂが設けられる板材がガラスではなく水晶であるため、偏光分離素子２１とともに反射素子２２でも、放熱効果が高くなり、耐熱性や長寿命化を一層図ることができる。
（９）偏光分離部２１Ｂは誘電体多層膜で構成されるから、簡単に偏光分離素子２１を製造することができる。
【００６０】
次に、本発明の第２実施形態を図３２から図３５に基づいて説明する。
第２実施形態は偏光変換ユニット４を投影型映像装置である液晶プロジェクター１００に設けた例であり、第１実施形態の変換ユニット１とは保持部材５の構造が異なる。
図３２は液晶プロジェクターの概略構成を示す。
図３２において、液晶プロジェクター１００は、インテグレーター照明光学系１１０と、色分離光学系１２０と、リレー光学系１３０と、光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置１４０と、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する投写光学装置１５０とを備える。
インテグレーター照明光学系１１０は、後述する３枚の透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂの画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系であり、光源装置１１１と、第１レンズアレイ１１２と、偏光変換装置２００と、重畳レンズ１１３とを備える。
【００６１】
光源装置１１１は、光源ランプ１１４から射出された輻射状の光線をリフレクター１１５で反射して略平行光線とし、この略平行光線を外部へと射出する。
偏光変換装置２００は、第２レンズアレイ２１０と、遮光板２２０と、第２実施形態にかかる偏光変換ユニット４とを備える。
色分離光学系１２０は、２枚のダイクロイックミラー１２１，１２２と、反射ミラー１２３とを備え、ダイクロイックミラー１２１、１２２によりインテグレーター照明光学系１１０から射出された複数の光を赤、緑、青の３色の色光に分離する。ダイクロイックミラー１２１で分離された青色光は、反射ミラー１２３によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、青色用の透過型液晶パネル１４１Ｂに到達する。
ダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー１２２によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、緑色用の透過型液晶パネル１４１Ｇに到達する。
リレー光学系１３０は、入射側レンズ１３１と、リレーレンズ１３３と、反射ミラー１３２、１３４とを備える。色分離光学系１２０で分離された赤色光は、ダイクロイックミラー１２２を透過して、リレー光学系１３０を通り、さらにフィールドレンズ１４２を通って、赤色光用の透過型液晶パネル１４１Ｒに到達する。
光変調装置１４０は、透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１４３とを備える。このクロスダイクロイックプリズム１４３は、各色光毎に変調された光学像を合成してカラーの光学像を形成するものである。
【００６２】
偏光変換ユニット４は、第１実施形態と同じ構造の偏光変換素子２と、この偏光変換素子２を保持する保持部材５とを備える。
保持部材５の具体的な構造が図３３から図３５に示されている。
図３３は保持部材５の斜視図、図３４（Ａ）は保持部材５の平面図、図３４（Ｂ）は保持部材５の断面図である。
これらの図において、保持部材５は、偏光分離素子２１の両端部と反射素子２２の両端部とをそれぞれ保持する一対の保持板５１と、これらの一対の保持板５１の両端部をそれぞれ連結する一対の連結板５２とを有する構造である。これらの保持板５１及び連結板５２は合成樹脂から一体に平面矩形の枠状に形成されている。
一対の保持板５１の互いに対向する部分には、偏光分離素子２１と反射素子２２とをそれぞれ案内するガイド溝５１Ａが複数対形成されている。これらのガイド溝５１Ａは、その長手方向が入射光に対して４５ｄｅｇまたは１３５ｄｅｇとなるように形成されている。
偏光分離素子２１から出射する出射光が通過する位置に図３３では図示しない位相差板２３が配置されている。この位相差板２３は図示しない適宜な手段で保持部材５に連結固定されている。
【００６３】
なお、図３３及び図３４において、ガイド溝５１Ａは、偏光分離素子２１を収納するために４対が図示され、反射素子２２を収納するために２対が図示されているが、これは、ガイド溝５１Ａの構成をわかりやすく図示するために拡大図示したためであり、実際は、図１に示される偏光変換素子２に合わせて、２枚の偏光分離素子２１を収納するために２対が設けられ、２枚の反射素子２２を収納するために２対が設けられる構造である。ただし、ガイド溝５１Ａの数は前述のものに限定されるものではなく、実際に設けられる偏光分離素子２１や反射素子２２の数に対応する。
【００６４】
図３５は保持部材５の一部の分解斜視図である。図３５において、ガイド溝５１Ａは、一端部が保持板５１の一側面に開口され、他端部が反射分離素子２１や反射素子２２の端部が突き当たるように段差が形成されている。ガイド溝５１Ａは、その幅寸法が反射分離素子２１や反射素子２２の幅寸法と同じあるいはやや大きく形成され、その長さ寸法が偏光分離素子２１や反射素子２２の長さ寸法と同じあるいはやや大きく形成されている。
【００６５】
従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）から（９）までの作用効果と同様の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
（１０）光源装置１１１からの光をＳ偏光Ｓに変換して出射する偏光変換素子２を有する偏光変換ユニット４と、偏光変換素子２からの出射光を画像情報に応じて変調する光変調装置１４０と、この光変調装置１４０により変調された光を投写する投写光学装置１５０とを備えて液晶プロジェクター１００を構成したから、偏光変換素子２の偏光変換効率が高いことに伴って液晶プロジェクター１００の投影精度を高いものにできる。
【００６６】
（１１）光変調装置１４０は、透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂを備えて構成されるので、この点からも、投影精度の高い液晶プロジェクター１００を提供することができる。
（１２）偏光変換ユニット４は、偏光変換素子２を保持する保持部材５を備え、この保持部材５は、偏光分離素子２１の両端部と反射素子２２の両端部とをそれぞれ保持する一対の保持板５１と、これらの一対の保持板５１の両端部をそれぞれ連結する一対の連結板５２とを有する構造であるため、偏光分離素子２１及び反射素子２２を保持部材にコンパクトに収納することができ、取り扱いが便利となる。
【００６７】
（１３）一対の保持板５１と一対の連結板５２とが一体に形成されているので、射出成形等の適宜な手段によって、保持部材５を容易に製造することができる。
（１４）一対の保持板５１の互いに対向する部分には偏光分離素子２１と反射素子２２とをそれぞれ案内するガイド溝５１Ａが形成され、これらのガイド溝は一対の保持板５１の一側面にそれぞれ開口されているので、偏光分離素子２１と反射素子２２とをそれぞれガイド溝５１Ａに沿って差し込むだけで偏光変換ユニット４が組み立てられることになり、組立作業が容易となる。
【００６８】
次に、本発明の第３実施形態を図３６及び図３７に基づいて説明する。
第３実施形態は保持部材の構造が第２実施形態とは異なるもので、他の構成は第２実施形態と同じである。
図３６は第３実施形態にかかる偏光変換ユニットを示す斜視図であり、図３７は保持部材の一部を示す分解斜視図である。
これらの図において、偏光変換ユニット６は第１実施形態と同じ構造の偏光変換素子２と、この偏光変換素子２を保持する保持部材７とを備える。
保持部材７は、一対の保持板７１と、一対の保持板７１の端部に設けられた一対の連結板７２とを備え、一対の保持板７１と一対の連結板７２とは別体に形成されている。
【００６９】
一対の保持板７１は合成樹脂から形成された板状であり、その互いに対向する部分には、偏光分離素子２１と反射素子２２との端部をそれぞれガイドするガイド溝７１Ａが複数対形成されている。これらのガイド溝７１Ａは、その長手方向が入射光に対して４５ｄｅｇまたは１３５ｄｅｇとなるように形成されている。そして、ガイド溝７１Ａは、平面が矩形状とされた凹部である。
【００７０】
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、偏光分離素子２１から出射する出射光が通過する位置に図示しない位相差板２３が配置されている。なお、図３６において、ガイド溝７１Ａは、合計６対が図示されているが、実際には、偏光変換素子２に合わせて、４枚の偏光分離素子２１を収納するために４対が設けられ、４枚の反射素子２２を収納するために４対が設けられる構造である。
【００７１】
一対の連結板７２は、長尺状の板材７２１と、この板材７２１に連結され一対の保持板７１を互いに向き合う方向に付勢する係合片７２２とを有する。
これらの板材７２１と係合片７２２とは弾性を有する材料、例えば、金属、合成樹脂等から一体に形成されている。係合片７２２は板材７２１に対して折り曲げて形成されており、その中央部分に保持板７１に形成された凹部７１Ｂに係合する凸状の抑え部７２２Ａが形成されている。凸状の抑え部７２２Ａと凹部７１Ｂとは保持板７１の長手方向と直交する方向に延びて形成されている。
【００７２】
従って、第３実施形態では、第２実施形態の（１）から（１２）までの作用効果と同様の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
（１５）保持部材７は、一対の保持板７１と、一対の保持板７１の端部に設けられた一対の連結板７２とを備え、一対の連結板７２は、長尺状の板材７２１と、この板材７２１に連結され一対の保持板７１を互いに向き合う方向に付勢する係合片７２２とを有する。そのため、一対の連結板７２によって、一対の保持部材７１を互いに近接する方向に付勢するので、偏光分離素子２１と反射素子２２とを確実に保持部材７で保持することができるから、偏光分離素子２１や反射素子２２が保持部材７から誤って脱落することがない。
【００７３】
（１６）係合片７２２は保持板７１に形成された凹部７１Ｂに係合する抑え部７２２Ａを有するので、連結板７２が保持板７１の長手方向にずれて外れることがない。そのため、保持板７１から連結板７２が誤って外れることを防止できる。
（１７）保持板７１に形成され偏光分離素子２１や反射素子２２の端部が保持されるガイド溝７１Ａは、平面が矩形状とされた凹部であるため、保持板７１の平面内での偏光分離素子２１や反射素子２２の移動が規制される。そのため、この点からも、偏光分離素子２１や反射素子２２が保持部材７から誤って脱落することがない。
【００７４】
次に、本発明の第４実施形態を図３８に基づいて説明する。
第４実施形態は位相差板の数が第１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。
図３８は第４実施形態にかかる偏光変換素子の概略図である。
図３８において、偏光変換素子２は交互に配置される偏光分離素子２１及び反射素子２２と、偏光分離素子２１の光射出面側に配置される水晶の位相差板２３１，２３２とを備え、これらの偏光分離素子２１、反射素子２２及び位相差板２３１，２３２のそれぞれの一端部は、保持部材３の凹部（図示せず）に嵌合されている。
第４実施形態では、位相差板２３１と位相差板２３２とは２枚が一組とされ、偏光分離素子２１を透過したＰ偏光Ｐを通るように互いに並行に配置されている。
これらの位相差板２３１，２３２は、それぞれ波長板の両面に反射防止部２３Ｂが設けられた構造である。
【００７５】
波長λの光に対して位相差Γ１の位相差板２３１と、位相差Γ２の位相差板２３２とは、各々の結晶光学軸が交差するように配置される。これらの位相差板２３１，２３２は、波長λ１〜λ２（但し、λ１＜λ＜λ２）の範囲において入射するＰ偏光Ｐを９０ｄｅｇ回転させたＳ偏光Ｓに変換して出射する。
入射する直線偏光の偏光面と位相差板２３１の結晶光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ１とし、入射する直線偏光の偏光面と位相差板２３２の結晶光学軸とのなす角度を光学軸方位角θ２としたとき、光学軸方位角θ１と光学軸方位角θ２との関係が
θ２＝θ１＋４５……（１０）
０＜θ１＜４５  ……（１１）
を満足し、
波長λを
λ１＜λ＜（λ２−λ１）／２＋λ１……（１２）
の範囲に設定する。
位相差Γ１を設定値１８０ｄｅｇとし、位相差Γ２を設定値１８０ｄｅｇとし、波長λが変化したときの位相差板２３１の位相差のずれ量をΔΓ１とし、波長λが変化したときの位相差板２３２の位相差のずれ量をΔΓ２としたとき、
ΔΓ１＝ΔΓ２  ……（１３）
を満足するように、光学軸方位角θ１を設定値２２．５ｄｅｇからずらして設定する。なお、位相差板２３１と位相差板２３２との他の条件は特許第４２７７５１４号に記載された通りである。
【００７６】
従って、第４実施形態では、第１実施形態の（１）から（９）と同様の作用効果を奏する他、次の作用効果を奏することができる。
（１８）位相差板を位相差板２３１と位相差板２３２との２枚から構成したので、液晶プロジェクターで用いられる波長領域、例えば、波長４００ｎｍから７００ｎｍまでの領域で偏光変換効率が高いものにできる。
【００７７】
次に、本発明の第５実施形態を図３９に基づいて説明する。
第５実施形態は偏光分離素子の構成が第１実施形態と異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。
図３９は第５実施形態にかかる偏光分離素子２１の偏光分離部２１０Ｂの斜視図である。
図３９において、偏光分離素子２１の偏光分離部２１０Ｂは誘電基板２１Ｄによって支持される多数の平行な金属ワイヤーからなる導電電極２１Ｅから形成される。導電電極２１Ｅは、そのピッチまたは周期がＰであり、個別の導体の幅がＷであり、その厚さがｔである。入射光ＩＬは、垂線からの角度Ｒで偏光分離素子２１に入射する。入射光ＩＬは、Ｓ偏光Ｓとして反射し、回折されないで、Ｐ偏光Ｐとして透過される。ここで、周期Ｐ、幅Ｗ、厚さｔは、使用する光の周波数領域、その他条件により設定される。
【００７８】
従って、第５実施形態によれば、第１実施形態の（１）から（８）と同様の作用効果を奏することができる他、次の作用効果を奏することができる。
（１９）偏光分離素子２１０の偏光分離部２１０Ｂを金属ワイヤーグリッドで構成したから、簡単に偏光変換素子を製造することができる。
【００７９】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、偏光分離素子２１、反射素子２２及び位相差板２３，２３１，２３２の両面に反射防止部２１Ｃ，２２Ｂ，２３Ｂを設けたが、本発明では、必ずしも反射防止部２１Ｃ，２２Ｂ，２３Ｂを設けることを要しない。しかし、前記各実施形態のように、反射防止部２１Ｃ，２２Ｂ，２３Ｂを設ければ、偏光分離素子２１、反射素子２２及び位相差板２３，２３１，２３２を透過する光の量が多くなる。
【００８０】
また、偏光変換素子を液晶プロジェクターに用いたが、本発明では、液晶プロジェクター以外の投射装置に利用することができる。
さらに、反射素子２２は必ずしも水晶を用いることを要せず、水晶に代えてガラスを用いてもよい。そして、偏光分離素子２１，２３１，２３２では、透光性基板２１Ａに水晶を必ずしも用いることを要せず、水晶に代えてサファイヤ等の複屈折性と旋光性を有する結晶材料を用いてもよい。
さらに、前記実施形態では、偏光変換素子２１を入射光ＩＬに対して略４５（ｄｅｇ）あるいは１３５（ｄｅｇ）としたが、本発明では、これに限定されるものではなく、例えば、６０（ｄｅｇ）や１２０（ｄｅｇ）としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、液晶プロジェクター、その他の投写型映像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１…１，４，６…偏光変換ユニット、２…偏光変換素子、３，４，７…保持部材、２１，２３１，２３２…偏光分離素子、２１Ａ…透光性基板、２１Ｂ…偏光分離部、２２Ａ…水晶板、２２Ｂ…ミラー部、２３，２３１，２３２…位相差板、５１，７１…保持板、５１Ａ，７１Ａ…ガイド溝、５２，７２…連結板、１００…液晶プロジェクター（投写型映像装置）、１１１…光源装置、１４０…光変調装置（光変調手段）、１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂ…透過型液晶パネル、１５０…投写光学装置（投写光学系）、２１０Ｂ…偏光分離部、７２２…係合片、７２２Ａ…抑え部、ＩＬ…入射光、ＯＬ…出射光、ＰＯ…結晶光学軸、Ｐ…Ｐ偏光（第１の直線偏光）、Ｓ…Ｓ偏光（第２の直線偏光）、ｘ…交差軸、ｑ…切断角度
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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