(57)【要約】【課題】  不要光が混ざった偏光度の低い光が形成されることを簡易に防止できる偏光変換素子、並びに、これを用いた照明装置及びプロジェクタを提供すること。【解決手段】  第２プリズム８３において、磨りガラス状に形成された光拡散面である散乱側面８３ｃが設けられているので、意図しないランダム偏光ＬＩが散乱側面８３ｃに入射した場合であっても、直線偏光ＬＯの偏光度が低下することを防止できる。つまり、ランダム偏光ＬＩが散乱側面８３ｃに入射した場合であっても、ランダム偏光ＬＩは拡散されて偏光分離膜８４にほとんど入射しないので、両射出側面８２ｄ，８３ｄからＰ偏光が漏れ出すことを防止でき結果的に高い偏光変換効率を達成することができる。なお、散乱側面８３ｃの表面に墨塗りを施すならば、拡散光や散乱光が偏光分離膜８４に入射することを防止でき、より高い偏光変換効率を達成することができる。【選択図】  図３
2006145720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに第１の側面が貼り合わせられ、第２の側面が互いに接するように配列された複数の台形柱状の第１及び第２のプリズムと、
前記第１のプリズムの前記第１の側面に形成された偏光分離膜と、を有し、
前記第１のプリズムの第３の側面から入射したランダム偏光を、前記偏光分離膜によって互いに偏光方向が直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離し、
前記第１の直線偏光を前記偏光分離膜によって反射して前記第１のプリズムの第４の側面から射出し、前記第２の直線偏光を前記偏光分離膜を透過させて前記第２のプリズムの第３の側面から射出し、前記第１のプリズムの前記第４の側面から射出された前記第１の直線偏光と前記第２のプリズムの前記第３の側面から射出された前記第２の直線偏光との偏光方向を揃える偏光変換素子であって、
前記第２のプリズムの第４の側面は、光拡散面とされていることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記光拡散面は、磨りガラス状に形成されてい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】
前記光拡散面上に遮光性の被膜が形成されていることを特徴とする請求項２記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記第１のプリズムと第２のプリズムとは互いに等しい屈折率を有し、前記第１及び第２のプリズムにおいて、前記第１の側面と前記第２の側面とは互いに平行であり、前記第３の側面と前記第４の側面とは前記第１の側面に対して向きが逆で大きさが等しい傾き角をなすことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記第３及び第４の側面が前記第１の側面に対してなす傾き角は、前記第１及び第２のプリズムの屈折率に対応して、前記第１及び第２の側面に平行な光束が前記第１のプリズムの前記第３の側面の中央に入射した場合に、当該光束に対応する偏光成分が前記第４の側面の中央から前記第１及び第２の側面に平行に射出するように設定されていることを特徴とする請求項４記載の偏光変換素子。
【請求項６】
前記第１のプリズムの前記第４の側面から射出された前記第１の直線偏光と前記第２のプリズムの前記第３の側面から射出された前記第２の直線偏光との偏光方向を揃えるため、前記第３の側面と前記第４の側面とのいずれか一方に波長板が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の偏光変換素子。
【請求項７】
光源と、
前記光源からの光束を分割して複数の光源像を形成し、当該複数の光源像からの光束を重畳して照明対象に入射させるインテグレータ光学系と、
前記複数の光源像からの光束が前記第１のプリズムの第３の側面にそれぞれ入射するようにされた請求項１から請求項６のいずれか一項記載の偏光変換素子と
を備える照明装置。
【請求項８】
請求項７記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を赤色光、緑色光、及び青色光に分離する光分離光学系と、
前記赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置と、
前記３つの光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって合成された光を投射する投射光学系と
を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばランダムな偏光光束を一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子、並びに、これを用いた照明装置及び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光源装置用の第１タイプの偏光変換素子として、一対の台形状のプリズムを偏光分離膜を挟んで底面同士で張り合わせた形状を有する柱状プリズムを複数配列して接続した構造の複合プリズムが存在する（特許文献１参照）。
【０００３】
また、第２タイプの偏光変換素子として、一対の三角プリズム柱状を偏光分離膜を挟んで底面同士で張り合わせた形状を有する柱状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を複数配列して接続した構造の複合プリズムが多数存在する（特許文献２、３、４参照）。
【０００４】
第２タイプの偏光変換素子のうち、ある複合プリズムでは、不可避的に形成される周期的な非入射面に意図しない光が入射して液晶ライトバルブの入射面に設けた偏光板を加熱し寿命を短くするなどの弊害を防止するため、かかる非入射面に遮光板を貼り付けている（上記特許文献２）。なお、この偏光変換素子では、上述の遮光板に代えて、非入射面上に遮光面、反射面、或いは光散乱面を直接形成することも提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３２１０２７号公報
【特許文献２】ＷＯ９７／５００１号公報
【特許文献３】特開平１０−９０５２０号公報
【特許文献４】特開２００２−９８９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１タイプの偏光変換素子では、入射レンズ体の形状精度を高くしなければ、台形状のプリズムの意図しない側の傾斜面に光が入射して、例えばＳ偏光に僅かなＰ偏光（不要光）が混ざった光束（偏光度の低い光）が液晶パネル等に入射することになる。
【０００６】
また、第１タイプの偏光変換素子では、原理上偏光度の高い光が得られるが、遮光板を張り合わせる際に位置ズレが生じて不要光が増大する可能性がある。遮光板に代えて非入射面上に遮光面等を直接形成する場合にも、遮光面等の形成精度を確保することは容易でない。例えば非入射面上にミラーを形成する場合、マスクを利用して複合プリズムの入射面に蒸着を行うことになるが、蒸着物質の回り込みによってミラーのエッジ位置が不正確となる。
【０００７】
そこで、本発明は、不要光が混ざった偏光度の低い光が形成されることを簡易に防止できる偏光変換素子、並びに、これを用いた照明装置及び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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る偏光変換素子は、互いに第１の側面が貼り合わせられ、第２の側面が互いに接するように配列された複数の台形柱状の第１及び第２のプリズムと、第１のプリズムの第１の側面に形成された偏光分離膜と、を有し、第１のプリズムの第３の側面から入射したランダム偏光を、偏光分離膜によって互いに偏光方向が直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光とに分離し、第１の直線偏光を偏光分離膜によって反射して第１のプリズムの第４の側面から射出し、第２の直線偏光を偏光分離膜を透過させて第２のプリズムの第３の側面から射出し、第１のプリズムの第４の側面から射出された第１の直線偏光と第２のプリズムの第３の側面から射出された第２の直線偏光との偏光方向を揃える偏光変換素子であって、第２のプリズムの第４の側面は、光拡散面とされている。
【０００９】
上記偏光変換素子では、台形柱状の第２のプリズムにおいて、不要光を発生させるため光線の入射を回避すべき非入射面である第４の側面が光拡散面とされているので、意図しない光線が第４の側面から第２のプリズム中に入射して射出光の偏光度を低下させることを回避できる。つまり、第２のプリズムの第４の側面に意図しない光が入射して、第１及び第２のプリズムの第３の側面から、例えばＳ偏光のみならず、僅かなＰ偏光が不要光として混ざった偏光度の低い光束が射出されることを防止でき、結果的に高い偏光変換効率を達成することができる。
【００１０】
本発明の具体的側面又は態様では、上記偏光変換素子において、光拡散面が磨りガラス状に形成されている。この場合、第２のプリズムの研削加工等に際して形成される非研磨面をそのまま第４の側面とすることができるので、偏光変換素子の形成工程を簡略化することができ、かつ、第４の側面のみを正確に光拡散面とすることができる。
【００１１】
また、本発明の別の具体的態様では、光拡散面上に遮光性の被膜が形成されている。この場合、第４の側面を介して第２のプリズム中に入射する光を確実に遮断することができる。
【００１２】
また、本発明の別の具体的態様では、第１のプリズムと第２のプリズムとは互いに等しい屈折率を有し、前記第１及び第２のプリズムにおいて、第１の側面と第２の側面とは互いに平行であり、第３の側面と第４の側面とは第１の側面に対して向きが逆で大きさが等しい傾き角をなす。この場合、第１のプリズムと第２のプリズムがほぼ同一形状を有することになり、これらを張り合わせた単位接合プリズムの対称性を良くすることができるので、偏光変換素子の作製を簡易で高精度なものとすることができ、得られる偏光変換素子の取り扱いも容易である。
【００１３】
また、本発明の別の具体的態様では、第３及び第４の側面が第１の側面に対してなす傾き角は、第１及び第２のプリズムの屈折率に対応して、第１及び第２の側面に平行な光束が第１のプリズムの第３の側面の中央に入射した場合に、当該光束に対応する偏光成分が第４の側面の中央から第１及び第２の側面に平行に射出するように設定されている。この場合、入射光束と射出光束の光軸を一致させることができる。
【００１４】
また、本発明の別の具体的態様では、第１のプリズムの第４の側面から射出された第１の直線偏光と第２のプリズムの第３の側面から射出された第２の直線偏光との偏光方向を揃えるため、第３の側面と第４の側面とのいずれか一方に波長板が設けられている。この場合、波長板によって偏光方向を効率的に切り換えることができ、偏光変換効率を簡易に高めることができる。
【００１５】
また、本発明に係る照明装置は、光源と、光源からの光束を分割して複数の光源像を形成し、当該複数の光源像からの光束を重畳して照明対象に入射させるインテグレータ光学系と、複数の光源像からの光束が第１のプリズムの第３の側面にそれぞれ入射するようにされた上述の偏光変換素子とを備える。
【００１６】
上記照明装置では、上述の偏光変換素子を用いているので、偏光変換素子の有する高い偏光変換効率によって、偏光度の高い照明光を形成することができる。
【００１７】
また、本発明に係るプロジェクタは、上述の照明装置と、照明装置からの光を赤色光、緑色光、及び青色光に分離する光分離光学系と、赤色光、緑色光、及び青色光をそれぞれ変調する３つの光変調装置と、３つの光変調装置によって変調された光を合成する色合成光学系と、色合成光学系によって合成された光を投射する投射光学系とを備える。
【００１８】
上記プロジェクタでは、上述の照明装置を用いているので、偏光度の高い照明光によって各色用の光変調装置を照明することができ、良好なカラー画像を投射することができる。なお、各色用の光変調装置が例えば各色用の液晶ライトバルブである場合、各液晶ライトバルブに画像のコントラストを低下させる可能性のある偏光成分が入射したり、各液晶ライトバルブの入射面に設けた偏光板が加熱され寿命が短くなるなどの弊害を防止でき、良好なカラー画像を長期に亘って投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔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素子を説明する平面図であり、図２は、図１の偏光変換素子の斜視図である。図示の偏光変換素子８０は、８個の柱状の単位接合プリズム体８１を軸に垂直な方向ＡＢに真っ直ぐに連結した構造を有し、平面的には、そろばん珠のような６角形部分を連結した外観を有する。各単位接合プリズム体８１は、互いに側面で突き合わされているだけであり、不図示のホルダによって固定されているが、単位接合プリズム体８１同士を接着剤によって互いに固定すれば、これらを相互に固定するホルダは不要となる。このような偏光変換素子８０を構成する各単位接合プリズム体８１の各入射側面８２ｃにランダム偏光ＬＩを入射させると、各単位接合プリズム体８１の反対側の面全体から特定方向の直線偏光ＬＯ、具体的にはＳ偏光のみが射出される。
【００２０】
図３は、単位接合プリズム体８１の構造を説明する平面図である。図からも明らかなように、単位接合プリズム体８１は、台形柱状の第１プリズム８２と、同様に台形柱状の第２プリズム８３とを、それぞれの第１の側面である底面８２ａ，８３ａ側で互いに接合したものであり、両底面８２ａ，８３ａの間に偏光分離膜８４を設けている。
【００２１】
ここで、第１プリズム８２は、第１の側面である底面８２ａと、第２の側面である頂面８２ｂと、第３の側面である入射側面８２ｃと、第４の側面である射出側面８２ｄとを備える。また、第２プリズム８３も、第１の側面である底面８３ａと、第２の側面である頂面８３ｂと、第３の側面である射出側面８３ｄと、第４の側面である散乱側面８３ｃとを備える。
【００２２】
前者の第１プリズム８２の底面８２ａ、入射側面８２ｃ、及び射出側面８２ｄは平坦に研磨された光学面となっており、このうち底面８２ａには、偏光を分離するための偏光分離膜８４が蒸着されており、入射側面８２ｃと射出側面８２ｄには、入射光や射出光の反射ロスを防止するための反射防止膜が蒸着されている。
【００２３】
後者の第２プリズム８３の底面８３ａ、及び射出側面８３ｄは平坦に研磨された光学面となっており、このうち射出側面８３ｄには、入射光や射出光の反射ロスを防止するための反射防止膜が蒸着されている。また、この射出側面８３ｄ上には、全体に亘って位相差板８５が貼り付けられている。この位相差板８５は、波長板からなり、特定方向の偏光光が入射した場合、これを直交する方向の偏光光に変換することができる。なお、第２プリズム８３の散乱側面８３ｃは、磨りガラス状に形成された光拡散面であり、第２プリズム８３の研削加工等に際して形成される研削面すなわち非研磨面をそのまま用いている。この散乱側面８３ｃの表面には、遮光性の皮膜として、墨塗りすなわち光を吸収する黒色の塗装を施すこともできる。
【００２４】
単位接合プリズム体８１の入射側面８２ｃに、単位接合プリズム体８１の軸方向ＤＡに垂直で底面８２ａに平行なランダム偏光ＬＩが入射した場合、このランダム偏光ＬＩは、第１プリズム８２中を伝搬し、底面８２ａを介して偏光分離膜８４に入射する。偏光分離膜８４に入射したランダム偏光ＬＩは、偏光分離膜８４で反射される第１直線偏光（Ｓ偏光成分）からなる第１光束ＬＯ１と、偏光分離膜８４を透過する第１直線偏光（Ｐ偏光成分）からなる第２光束ＬＯ２とに分岐される。偏光分離膜８４で反射された第１光束ＬＯ１は、射出側面８２ｄからＳ偏光のまま外部に射出され、偏光分離膜８４を透過した第２光束ＬＯ２は、底面８３ａを経て射出側面８３ｄに入射し、位相差板８５を経てＳ偏光に変換され外部に射出される。
【００２５】
この際、入射側面８２ｃの中央ＣＴ１に入射したランダム偏光ＬＩは、底面８２ａの中央ＣＴ２を経て、第１光束ＬＯ１として射出側面８２ｄの中央ＣＴ３に入射する。つまり、第１プリズム８２の形状は、ランダム偏光ＬＩの光軸と第１光束ＬＯ１の光軸とを一致させるようなものとなっている。このように入射側の光軸と射出側の光軸とを一致させるため、第１プリズム８２の底面８２ａの長Ｌさと厚さＷとが適宜設定され、これに合わせて屈折の法則及び幾何学的関係を満たすように、両側面８２ｃ，８２ｄの底面８２ａに対する傾斜角θが決定される。こうして入射側の光軸と射出側の光軸とを一致さた場合、入射側面８２ｃの各部分に入射した光のうち偏光分離膜８４で反射されたＳ偏光成分を射出側面８２ｄから効率良く射出させることができる。なお、既に説明したように第２プリズム８３は第１プリズム８２と同一形状を有するので、偏光分離膜８４を透過した第２光束ＬＯ２は、射出側面８３ｄの中央ＣＴ３’に入射し、第１光束ＬＯ１の光軸に平行な方向に射出する。この際、入射側面８２ｃの各部分に入射した光のうち偏光分離膜８４を透過したＰ偏光成分を射出側面８３ｄすなわち位相差板８５からＳ偏光成分として効率良く射出させることができる。
【００２６】
以上説明した本実施形態の偏光変換素子８０によれば、第２プリズム８３において、光線の入射を回避すべき非入射面である散乱側面８３ｃが磨りガラス状に形成された光拡散面であるので、意図しないランダム偏光ＬＩが散乱側面８３ｃに入射した場合であっても、直線偏光ＬＯの偏光度が低下することを防止できる。つまり、ランダム偏光ＬＩが散乱側面８３ｃに入射した場合であっても、ランダム偏光ＬＩは拡散されて偏光分離膜８４にほとんど入射しないので、両射出側面８２ｄ，８３ｄからＰ偏光が漏れ出すことを防止でき、結果的に高い偏光変換効率を達成することができる。なお、散乱側面８３ｃの表面に墨塗りを施すならば、拡散光や散乱光が偏光分離膜８４に入射することを防止でき、より高い偏光変換効率を達成することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の偏光変換素子８０の場合、両射出側面８２ｄ，８３ｄから射出される第１光束ＬＯ１と第２光束ＬＯ２との間に光路差が生じないので、両射出側面８２ｄ，８３ｄからの光束断面が一致し、照明効率を高めることができる。
【００２８】
図４及び図５は、図１等に示す偏光変換素子８０の製造方法を説明する図である。なお、図４（ａ）〜４（ｄ）は、第１プリズム８２の製造工程を説明したものであり、図５（ａ）〜５（ｃ）は、第２プリズム８３の製造工程を説明したものである。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、まずガラス板からなる板状の母材１００を準備し、台形断面のプリズム体１８２を切り出す。具体的には、母材１００を図示の切断面ＣＳに沿って切断して８個のプリズム体１８２を取り出し、各プリズム体１８２の切断面等を研削加工して、サイズや形状を目的のものとする。
【００３０】
次に、図４（ｂ）に示すように、プリズム体１８２の表面のうち、底面１８２ａと、側面１８２ｃと、側面１８２ｄとを研磨して光学面とする。なお、頂面１８２ｂについては研磨を施さない。もっとも、図４（ａ）の母材１００が予め両面研磨されて光学面を有する場合、図４（ｂ）の工程で底面１８２ａの研磨は不要となり、頂面１８２ｂも自動的に研磨された状態となる。
【００３１】
次に、図４（ｃ）に示すように、全てのプリズム体１８２を同じ姿勢で並べて不図示のホルダに固定し、適当な成膜装置にて底面１８２ａ上に偏光分離膜を蒸着する。この偏光分離膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を多層積み重ねた多層膜からなる。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、プリズム体１８２を並べ替えて別のホルダに固定し、適当な成膜装置にて側面１８２ｃ上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を数層積み重ねた多層膜からなる。
【００３３】
次に、プリズム体１８２を再度並べ替えて、図４（ｄ）の場合と同様に、適当な成膜装置にて側面１８２ｄ上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、側面１８２ｃに形成したものと同様に多層膜からなる。
【００３４】
以上のようにして得た８個のプリズム体１８２は、それぞれ図３等に示す第１プリズム８２に相当するものである。つまり、プリズム体１８２の底面１８２ａ、頂面１８２ｂ、側面１８２ｃ、及び側面１８２ｄは、図３等に示す第１プリズム８２の底面８２ａ、頂面８２ｂ、入射側面８２ｃ、及び射出側面８２ｄにそれぞれ対応する。
【００３５】
次に、図５（ａ）に示すように、ガラス板からなる板状の母材１００を準備し、台形断面のプリズム体１８３を切り出す。具体的には、母材１００を図示の切断面ＣＳに沿って切断して８個のプリズム体１８３を取り出し、各プリズム体１８３の切断面等を研削加工して、サイズや形状を目的のものとする。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、プリズム体１８３の表面のうち、底面１８３ａと、側面１８３ｄとを研磨して光学面とする。なお、側面１８３ｃについては研磨を施さない。この側面１８３ｃは、そのまま散乱側面８３ｃとなる。この側面１８３ｃに対しては、底面１８３ａと側面１８３ｄとを研磨する前に墨塗りを施すこともできる。また、頂面１８２ｂについても研磨を施さない。もっとも、図５（ａ）の母材１００が予め両面研磨されて光学面を有する場合、図５（ｂ）の工程で底面１８３ａの研磨は不要となり、頂面１８３ｂも自動的に研磨された状態となる。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、全てのプリズム体１８２を同じ姿勢で並べて不図示のホルダに固定し、適当な成膜装置にて側面１８３ｄ上に反射防止膜を蒸着する。この反射防止膜は、適当な厚さ及び屈折率の誘電体層を数層積み重ねた多層膜からなる。
【００３８】
以上のようにして得た８個のプリズム体１８３は、それぞれ図３等に示す第２プリズム８３に相当するものである。つまり、プリズム体１８３の底面１８３ａ、頂面１８３ｂ、側面１８３ｃ、及び側面１８３ｄは、図３等に示す第２プリズム８３の底面８３ａ、頂面８３ｂ、散乱側面８３ｃ、及び射出側面８３ｄにそれぞれ対応する。
【００３９】
最後に、図５（ｄ）に示すように、図４（ａ）〜４（ｄ）で示す工程を経て作製されたプリズム体１８２すなわち第１プリズム８２と、図５（ａ）〜４（ｃ）で示す工程を経て作製されたプリズム体１８３すなわち第２プリズム８３とを、底面１８２ａ，１８３ａ側で張り合わせ、接合プリズム体１８１とする。この接合プリズム体１８１の射出側面８３ｄに位相差板を貼り付けることによって、図３に示すような単位接合プリズム体８１が完成する。
【００４０】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ２１０は、光源光を発生する光源装置２０と、光源装置２０からの照明光を均一化する均一化光学系３０と、均一化光学系３０を経た照明光を赤・緑・青の３色に分離する分割照明系４０と、分割照明系４０から射出された各色の照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するためのクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ７０とを備える。このうち、光源装置２０と均一化光学系３０とは、均一化された直線偏光を照明光として射出する照明装置となっている。
【００４１】
図示のプロジェクタ２１０のうち、光源装置２０は、略点状の発光部を形成するランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出される光源光をコリメートするパラボラ形状の凹面鏡２２とを備える。このうち、ランプ本体２１は、例えば高圧水銀ランプ等のランプ光源からなり、略白色の光源光を発生する。また、凹面鏡２２は、ランプ本体２１から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系３０に入射させる。なお、パラボラ形状の凹面鏡２２に代えて、球面や楕円面など、パラボラ形状ではない凹面鏡を用いても良い。このような凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２２と均一化光学系３０との間に平行化レンズを配置すれば、光源装置２０から平行光束を射出することが可能となる。
【００４２】
均一化光学系３０は、インテグレータ光学系である一対のフライアイ光学系３１，３２と、波面分割光を重ね合わせるための重畳レンズ３３と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換素子８０とを備える。一対のフライアイ光学系３１，３２は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置２０からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換素子８０は、フライアイ光学系３１，３２から射出した照明光を一種類の偏光光（例えば図６の紙面に垂直なＳ偏光成分のみ）に変換して次段光学系に供給する。重畳レンズ３３は、偏光変換素子８０を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学系３１，３２と重畳レンズ３３とを経た照明光は、以下に詳述する分割照明系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇの画像形成領域を均一に重畳照明する。
【００４３】
なお、偏光変換素子８０は、図１に示す第１実施形態の偏光変換素子８０と同一のものであり、初段のフライアイ光学系３１を経ることによって次段のフライアイ光学系３２の位置若しくはその近傍で集光される個々の分割光を、単位接合プリズム体８１単位で偏光変換する。
【００４４】
分割照明系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂと、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、フィールドレンズ４３ｒ，４３ｂと、第１〜第３のレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃとを備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを含んで構成される光分離光学系は、照明光を赤色光、緑色光、及び青色光の３つの光束に分離する。すなわち、第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち赤色光ＬＲを反射し緑色光ＬＧを透過させる。
【００４５】
この分割照明系４０において、光源装置２０から均一化光学系３０を経て射出される照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された赤色光ＬＲは、第２光路ＯＰ２に導かれフィールドレンズ４３ｒに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した緑色光ＬＧは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃを介して第１〜第３のレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを通過する。これらのレンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃを含んで構成されるリレー光学系は、光源装置２０から各色の液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇまでの光路の距離が最も長い緑色の第３光路ＯＰ３に配置されている。このリレー光学系は、入射側の第１のレンズ４５ａの像を、中間の第２のレンズ４５ｂを介して、ほぼそのまま射出側の第３のレンズ４５ｃに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。なお、リレー光学系のうち例えば中間のレンズ４５ｂを光軸に沿って連続的或いは段階的に変位させることにより、液晶パネル５１ｇの位置における照明領域のサイズ、すなわち液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度を任意に変化させることができる。つまり、液晶パネル５１ｂ及び５１ｒの画像形成領域上における青色光ＬＢや赤色光ＬＲの照度は変化せず一定で略等しいのに対して、液晶パネル５１ｇの画像形成領域上における緑色光ＬＧの照度はレンズ４５ｂの位置に応じて増減可能である。これを利用すれば、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを通過して合成され投射レンズ７０によってスクリーン上に投影される画像のホワイトバランスを、緑色光ＬＧに関して光学的に適宜調整することができる。なお、投影画像のホワイトバランスは、色温度として重要な評価事項となってきており、映像の自然な色合いでの表現を可能にする観点で最近優先度が高まっている。
【００４６】
光変調部５０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧがそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇと、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル５１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、赤色光ＬＲ用の液晶パネル５１ｒと、対応する偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒも、液晶ライトバルブを構成し、緑色光ＬＧ用の液晶パネル５１ｇと、偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成する。
【００４７】
この光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、フィールドレンズ４３ｂを介して液晶パネル５１ｂの画像形成領域に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれた赤色光ＬＲは、フィールドレンズ４３ｒを介して液晶パネル５１ｒの画像形成領域に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれた緑色光ＬＧは、レンズ４５ａ，４５ｂ，４５ｃからなるリレー光学系を介して液晶パネル５１ｇの画像形成領域に入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧは、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇによって、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。
【００４８】
クロスダイクロイックプリズム６０は、色合成光学系であり、平面上に形成された青色光反射用の第１ダイクロイック膜（具体的には誘電体多層膜）６１と、緑色光反射用の第２ダイクロイック膜（具体的には誘電体多層膜）６２とを、Ｘ字状に交差させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｂからの青色光ＬＢを第１ダイクロイック膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｒからの赤色光ＬＲを両ダイクロイック膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｇからの緑色光ＬＧを第２ダイクロイック膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。
【００４９】
このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ７０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。
【００５０】
以下、本実施形態に係るプロジェクタ２１０の動作について説明する。光源装置２０からの照明光は、均一化光学系３０を経て均一化されその偏光方向が揃えられた後、分割照明系４０に設けた第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂによって色分割され、対応する液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇに各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧとしてそれぞれ入射する。各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇは、外部からの画像信号によって変調されて２次元的屈折率分布を有しており、各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧを２次元空間的に画素単位で変調する。このように、各液晶パネル５１ｂ，５１ｒ，５１ｇで変調された各色光ＬＢ，ＬＲ，ＬＧすなわち像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成された後、投射レンズ７０に入射する。投射レンズ７０に入射した像光は、適当な倍率でスクリーンに投影される。
【００５１】
なお、本プロジェクタ２１０では、偏光変換効率の良い偏光変換素子８０を用いているので、分割照明系４０や偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇに偏光度の高い直線偏光を入射させることができる。よって、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｒ，５２ｇ等の加熱を防止することができ、延いては高画質のカラー画像をスクリーン上に投影することができる。
【００５２】
なお、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５３】
上記実施形態の偏光変換素子８０では、これを構成する単位接合プリズム体８１の第２プリズム８３の散乱側面８３ｃを研削面とし、或いは散乱側面８３ｃ上に塗装して墨塗り面としているが、散乱側面８３ｃ上にミラーを蒸着することもできる。
【００５４】
また、上記実施形態では、光源装置２０からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学系３１，３２を用いていたが、このようなフライアイ光学系３１，３２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。この場合も、ロッドインテグレータによって形成される複数の光源像からの光束が単位接合プリズム体８１の入射側面８２ｃにそれぞれ入射するようする。
【００５５】
また、上記実施形態では、液晶ライトバルブを３つ用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、液晶ライトバルブのような光変調装置を１つ、２つ、或いは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。
【００５６】
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、液晶ライトバルブ等の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、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。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。また、反射型プロジェクタでは、クロスダイクロイックプリズムは、白色光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されるとともに、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に出射する色光合成手段としても利用される場合がある。また、クロスダイクロイックプリズムではなく、三角柱や四角柱状のダイクロイックプリズムを複数組み合わせたダイクロイックプリズムを用いる場合もある。なお、光変調装置は、液晶ライトバルブに限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【００５７】
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６に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態に係る偏光変換素子を説明する斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る偏光変換素子を説明する斜視図である。
【図３】図１等に示す偏光変換素子を構成する単位接合プリズム体の平面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第１プリズムの作製工程を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、第２プリズムの作製工程を説明する図であり、（ｄ）は、第１プリズムと第２プリズムとの接合を説明する図である。
【図６】第３実施形態に係るプロジェクタの構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００５９】
２１０…プロジェクタ、  ２０…光源装置、  ３０…均一化光学系、  ３１，３２…フライアイ光学系、  ４０…分割照明系、  ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、  ５０…光変調部、  ５１ｂ，５１ｒ，５１ｇ…液晶パネル、  ６０…クロスダイクロイックプリズム、  ６１…第１ダイクロイック膜、  ６２…第２ダイクロイック膜、  ７０…投射レンズ、  ８０…偏光変換素子、  ８１…単位接合プリズム体、  ８２…第１プリズム、  ８３…第２プリズム、  ８３ｃ…散乱側面、  ８４…偏光分離膜、  ８５…位相差板、  ＬＢ，ＬＲ，ＬＧ…各色光
【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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