(57)【要約】  【課題】  出射面積を広げることなく、光源が発する光の偏光状態をそろえることができる偏光変換素子、光学ユニット及び画像表示装置を提供する。  【解決手段】  偏光変換素子１に入射される光は、回折格子（偏光光分離部）１２で第１の偏光状態の光と第２の偏光状態の光とに進行方向を分離され、三角柱状のプリズムである導光体１１に入射される。導光体１１の入射面１１１に略垂直に入射された第１の偏光状態の光は、斜面である第２出射面１１３で反射し、第１出射面１１２から出射する。第２の偏光状態の光は、入射面１１１に斜めに入射し、第２出射面１１３から出射し、ミラー（反射層）１５で反射し、反射の前後で位相差板（偏光状態変換層）１４を通過することによって偏光状態を第１の偏光状態へ変換される。偏光状態を変換された光は、第２出射面１１３から導光体１１へ再度入射し、第１出射面１１２から出射する。【選択図】        図１
2006243675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光に含まれる第１の偏光状態の光及び第２の偏光状態の光の進行方向を互いに分離する偏光光分離部と、
該偏光光分離部が進行方向を分離した第１の偏光状態の光及び第２の偏光状態の光が入射される入射面、第１の偏光状態の光が出射する第１出射面、並びに第２の偏光状態の光が出射する第２出射面を有する導光体と、
前記第２出射面から出射した第２の偏光状態の光を第１の偏光状態の光に変換した上で前記第２出射面へ再度入射させ、前記第１出射面から出射させる偏光状態変換部と
を備えることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記偏光光分離部は、
第１の偏光状態の光の進行方向を入射前の進行方向と実質的に同一とし、
第２の偏光状態の光の進行方向を入射前の進行方向から所定角度傾斜した方向へ変化させるように構成してあること
を特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記偏光光分離部はホログラム素子であることを特徴とする請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記偏光状態変換部は、
前記第２出射面の外面に接しており、前記導光体よりも屈折率が小である低屈折率層と、
該低屈折率層の外側に配置してあり、通過する光の偏光状態を変換する偏光状態変換層と、
前記第２出射面から出射して前記低屈折率層及び前記偏光状態変換層を通過した光を、前記偏光状態変換層及び前記低屈折率層を通過して前記第２出射面へ入射した上で前記第１出射面から出射することができる方向へ反射する反射層と
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記偏光状態変換層は位相差板であることを特徴とする請求項４に記載の偏光変換素子。
【請求項６】
前記導光体は、
断面が直角三角形である三角柱をなし、
断面の直角三角形が有する斜辺がなす面を前記第２出射面とし、
断面の直角三角形が有する他の二辺がなす面の一方を前記入射面、他方を前記第１出射面としてあること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の偏光変換素子。
【請求項７】
前記導光体は、
断面が長方形である四角柱をなし、
四角柱の底面を前記入射面とし、
四角柱の頂面を前記第１出射面とし、
四角柱の側面を前記第２出射面としてあること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の偏光変換素子。
【請求項８】
前記導光体は、
底面よりも頂面の面積が大である四角柱をなし、
前記底面を前記入射面とし、
前記頂面を前記第１出射面とし、
前記四角柱の一の側面を前記第２出射面としてあり、
前記第２出射面に対向する他の側面が前記第２出射面に対して所定の角度で傾斜してあること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の偏光変換素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の偏光変換素子と、該偏光変換素子が備える偏光光分離部へ光を入射する入射手段とを含む光学ユニットであって、
前記入射手段は、前記偏光分離部へ入射する光量の内の所定割合の光量を、前記偏光変換素子が備える導光体の形状及び屈折率で定められる特定の広がり角以下の広がり角で入射するように構成してあること
を特徴とする光学ユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の偏光変換素子と、
該偏光変換素子が備える偏光光分離部へ光を入射する入射手段と、
前記偏光変換素子が備える導光体が有する第１出射面から出射される光を用いて画像を生成する液晶表示素子と
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無偏光の光の中から所定の偏光状態の光を取り出す偏光変換素子、偏光変換素子を用いた光学ユニット、及び偏光変換素子を用いた画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、画像データに基づいた画像を外部のスクリーン等に対して拡大投影するプロジェクタが用いられている。このようなプロジェクタは、液晶パネル等の画像デバイスで光を透過又は反射させることにより画像を生成し、生成した画像を投射することで表示する構成となっている。画像デバイスとして用いられる液晶パネルは、画像を生成するための原理上、光の振動方向が一定である直線偏光を利用している。しかしプロジェクタが備えるメタルハライドランプ又は高圧水銀ランプ等の光源が発する光は偏光状態がそろっていない無偏光の光であるので、光源からの光を液晶パネルで利用するためには、光源が発する光から偏光板等を用いて所望の方向に直線偏光している偏光光を取り出す必要がある。このとき、光源が発する光の半分以上は所望の偏光光以外の光であり、これらの光は偏光板によって吸収又は反射されて利用されず、光の利用効率が低いという問題があった。そこで、光の偏光状態をそろえることにより、光の利用効率を向上させ、投影する画像をより明るくすることができる技術が開発されている。
【０００３】
特許文献１には、光源の正面に、Ｐ偏光光を透過させてＳ偏光光の進行方向を９０°変化させる偏光ビームスプリッタを備え、更に、反射によってＳ偏光光の進行方向を戻してＰ偏光光に略平行にさせる反射素子と、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する位相差板とを備えた技術が開示されている。この技術では、光源が発したＰ偏光光は正面へ直進し、光源が発したＳ偏光光は偏光ビームスプリッタによってＰ偏光光から分離された後で反射素子及び位相差板によって元のＰ偏光光に平行なＰ偏光光となり、液晶パネルへ入射するためのＰ偏光光を生成する。
【０００４】
また特許文献２には、Ｐ偏光光とＳ偏光光とで屈折率が異なる光学フィルムを柱状の２個の光学ブロックの面の間に挟んで接合した光学素子を用いた技術が開示されている。一方の光学ブロックを通して光学フィルムへ光源からの光を入射した場合、光学フィルムはＰ偏光光とＳ偏光光とで屈折率が互いに異なっているので、入射角を適切に選ぶことにより、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の一方の偏光光を光学フィルムで全反射させ、他方の偏光光を光学フィルムを通過させることができる。このとき、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の一方の偏光光が一方の光学ブロックから出射され、他方の偏光光が他方の光学ブロックから出射されるので、位相差板を用いて片方の偏光光を偏光変換することにより、偏光状態がそろった光を生成することができる。
【特許文献１】特開平５−２４１１０３号公報
【特許文献２】特開２００１−３１８２２９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、特許文献１に開示された技術では、光源の正面へ直進するＰ偏光光と、Ｓ偏光光を偏光変換した元のＰ偏光光に平行なＰ偏光光とを生成するので、光の出射面積が光源での出射面積に比べて２倍になるという問題がある。同様に特許文献２に開示された技術でも、光が２個の光学ブロックから出射されるので、光の出射面積が２倍になるという問題がある。更に特許文献２に開示された技術では、光学ブロックの屈折率、光学フィルムのＰ偏光光とＳ偏光光との屈折率、及び光学ブロックと光学フィルムとを接合させる接合材の屈折率の関係に余裕度がなく、各部材を構成する材料を選択して用途に応じた設計を行う自由度が限定されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、出射面積を広げることなく、また設計の自由度を確保しながら、光源が発する光の偏光状態をそろえることができる偏光変換素子、偏光変換素子を用いた光学ユニット、及び偏光変換素子を用いた画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る偏光変換素子は、入射される光に含まれる第１の偏光状態の光及び第２の偏光状態の光の進行方向を互いに分離する偏光光分離部と、該偏光光分離部が進行方向を分離した第１の偏光状態の光及び第２の偏光状態の光が入射される入射面、第１の偏光状態の光が出射する第１出射面、並びに第２の偏光状態の光が出射する第２出射面を有する導光体と、前記第２出射面から出射した第２の偏光状態の光を第１の偏光状態の光に変換した上で前記第２出射面へ再度入射させ、前記第１出射面から出射させる偏光状態変換部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、入射される光に含まれる第１の偏光状態の光及び第２の偏光状態の光を偏光光分離部で分離して導光体の入射面へ入射し、第１の偏光状態の光は導光体の第１出射面から出射し、第２の偏光状態の光は、導光体の第２出射面から出射し、偏光状態変換部で第１の偏光状態の光に変換された上で第２出射面へ再度入射し、第１出射面から出射する。
【０００９】
本発明に係る偏光変換素子は、前記偏光光分離部は、第１の偏光状態の光の進行方向を入射前の進行方向と実質的に同一とし、第２の偏光状態の光の進行方向を入射前の進行方向から所定角度傾斜した方向へ変化させるように構成してあることを特徴とする。
【００１０】
また本発明においては、偏光光分離部は、入射された光に含まれる第１の偏光状態の光の進行方向を変化させず、第２の偏光状態の光の進行方向を所定角度変化させることによって、第１の偏光状態の光と第２の偏光状態の光とを分離する。
【００１１】
本発明に係る偏光変換素子は、前記偏光光分離部はホログラム素子であることを特徴とする。
【００１２】
また本発明においては、偏光光分離部は、ホログラム素子で構成され、互いに直交する直線偏光の光を互いに分離する。
【００１３】
本発明に係る偏光変換素子は、前記偏光状態変換部は、前記第２出射面の外面に接しており、前記導光体よりも屈折率が小である低屈折率層と、該低屈折率層の外側に配置してあり、通過する光の偏光状態を変換する偏光状態変換層と、前記第２出射面から出射して前記低屈折率層及び前記偏光状態変換層を通過した光を、前記偏光状態変換層及び前記低屈折率層を通過して前記第２出射面へ入射した上で前記第１出射面から出射することができる方向へ反射する反射層とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明においては、偏光状態変換部は、第２出射面の外面に接した低屈折率層と、通過した光の偏光状態を変換する偏光状態変換層と、反射層とからなり、導光体の第２出射面から出射した光は、低屈折率層及び偏光状態変換層を通過して反射層で反射され、偏光状態変換層及び低屈折率層を通過して第２出射面へ再度入射し、偏光状態変換層を通過することによって偏光状態を変換され、第１出射面から出射する。
【００１５】
本発明に係る偏光変換素子は、前記偏光状態変換層は位相差板であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明においては、位相差板で偏光状態変換層が構成されている。
【００１７】
本発明に係る偏光変換素子は、前記導光体は、断面が直角三角形である三角柱をなし、断面の直角三角形が有する斜辺がなす面を前記第２出射面とし、断面の直角三角形が有する他の二辺がなす面の一方を前記入射面、他方を前記第１出射面としてあることを特徴とする。
【００１８】
また本発明においては、導光体は断面が直角三角形の三角柱形状であり、直角三角形の斜辺のなす面を第２出射面とし、直角三角形の他の２辺のなす面を入射面及び第１出射面とし、入射面から入射した第１の偏光状態の光は第２出射面で反射して第１出射面から出射する。
【００１９】
本発明に係る偏光変換素子は、前記導光体は、断面が長方形である四角柱をなし、四角柱の底面を前記入射面とし、四角柱の頂面を前記第１出射面とし、四角柱の側面を前記第２出射面としてあることを特徴とする。
【００２０】
また本発明においては、導光体は断面が長方形である四角柱であり、底面及び頂面を入射面及び第１出射面とし、側面を第２出射面とし、入射面から入射した第１の偏光状態の光は導光体内を直行して第１出射面から出射する。
【００２１】
本発明に係る偏光変換素子は、前記導光体は、底面よりも頂面の面積が大である四角柱をなし、前記底面を前記入射面とし、前記頂面を前記第１出射面とし、前記四角柱の一の側面を前記第２出射面としてあり、前記第２出射面に対向する他の側面が前記第２出射面に対して所定の角度で傾斜してあることを特徴とする。
【００２２】
また本発明においては、導光体は頂面が底面よりも面積が大である四角柱であり、底面を入射面とし、頂面を第１出射面とし、側面を第２出射面とし、第２出射面に対向する他の側面が所定の角度で傾斜してなり、第２出射面から再度導光体へ入射した光は、第２出射面に対向する面で反射して第１出射面から出射する。
【００２３】
本発明に係る光学ユニットは、本発明に係るいずれか一つの偏光変換素子と、該偏光変換素子が備える偏光光分離部へ光を入射する入射手段とを含む光学ユニットであって、前記入射手段は、前記偏光分離部へ入射する光量の内の所定割合の光量を、前記偏光変換素子が備える導光体の形状及び屈折率で定められる特定の広がり角以下の広がり角で入射するように構成してあることを特徴とする。
【００２４】
また本発明においては、光学ユニットは、偏光変換素子と偏光光分離部へ光を入射する入射手段とでなり、入射手段は、偏光変換素子で特定される特定の広がり角内に大部分の光が含まれるようにした広がり角で光を入射する。
【００２５】
本発明に係る画像表示装置は、本発明に係るいずれか一つの偏光変換素子と、該偏光変換素子が備える偏光光分離部へ光を入射する入射手段と、前記偏光変換素子が備える導光体が有する第１出射面から出射される光を用いて画像を生成する液晶表示素子とを備えることを特徴とする。
【００２６】
更に本発明においては、プロジェクタ等の画像表示装置は、偏光変換素子で偏光状態をそろえた光を用いて液晶表示素子で画像を生成する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明にあっては、入射された光に含まれる第１の偏光状態の光と第２の偏光状態を第１の偏光状態へ変換した光とを共に第１出射面から出射するので、出射面積を広げることなく、高効率で偏光状態をそろえた光を出射することができる。また導光体の屈折率と他の部材の屈折率とを厳密に調整する必要がないので、用途に応じた偏光変換素子の自由な設計が可能となる。
【００２８】
また本発明にあっては、偏光光分離部は一方の偏光状態の光の進行方向のみを変更する構成であるので、簡易な構成とすることができる。また光の進行方向を変化させる角度を適切に設定しておくことにより、第２の偏光状態の光が第１の偏光状態の光へ変換される割合を向上させ、また第１出射面から光が出射する際の広がり角を可及的に小さくすることができ、利用効率の高い偏光状態のそろった光を出射することが可能となる。
【００２９】
また本発明にあっては、偏光光分離部はホログラム素子であるので、互いに直交する直線偏光の光の進行方向を必要な角度で分離する回折格子を容易に実現することができる。
【００３０】
また本発明にあっては、導光体の第２出射面の外面に設けてある低屈折率と導光体との屈折率の関係を適切に設定することにより、互いに第２出射面への入射角度が異なる第１の偏光状態及び第２の偏光状態の光の内、第１の偏光状態の光は第２出射面で反射して第１出射面から出射し、第２の偏光状態の光は第２出射面から出射して偏光状態が変換されるようにすることができるので、高効率で偏光状態のそろった光を出射することが可能となる。
【００３１】
また本発明にあっては、位相差板により容易でかつ安価に偏光状態変換層を構成することができる。
【００３２】
また本発明にあっては、導光体を三角柱の形状とし、三角柱の斜面でなる第２出射面に第１の偏光状態及び第２の偏光状態の光を互いに異なった角度を当てることにより、第１の偏光状態の光を第２出射面で反射させ、第２の偏光状態の光を第２出射面から出射させて、容易に光の偏光状態をそろえることができる。また導光体の材料として所望の屈折率の材料を選択することにより自由な設計が可能となる。また導光体の加工が容易であり、汎用の直角プリズムを使用することも可能であるので、偏光変換素子のコストを低下させることが可能である。
【００３３】
また本発明にあっては、導光体を四角柱の形状とし、四角柱の底面及び頂面を入射面及び第１出射面とすることにより、出射する光の強度の分布を均一にして輝度ムラを低減させることができる。また輝度ムラを低減させるための部材が不必要となるので、プロジェクタ等の偏光変換素子を利用する装置を小型化することができる。また導光体の加工が容易であり、汎用の直方体プリズムを使用することも可能であるので、偏光変換素子のコストを低下させることが可能である。
【００３４】
また本発明にあっては、導光体を、第２出射面に対向する他の側面が傾斜してなる四角柱の形状とし、第２出射面に対向する面の傾斜角を適切に設定することによって、偏光状態を変換されて第２出射面から入射した光を傾斜した面で反射させることで、この光が再度第２出射面に当たる際の角度を変更して、偏光状態が変換された光が第２出射面から再度出射して偏光状態が元に戻ることを防止することができる。また第１出射面から光を出射する際の広がり角を小さくすることができるので、利用効率の高い光を出射することが可能となる。
【００３５】
また本発明にあっては、導光体の形状及び屈折率等で特定される特定の広がり角内に大部分の光が含まれるようにした広がり角で入射手段が偏光変換素子に対して光を入射することにより、第１の偏光状態の大部分の光が第２出射面から出射することなく第１出射面から出射することができるので、利用効率の高い光を出射することが可能となる。
【００３６】
更に本発明にあっては、本発明の偏光変換素子を用いたプロジェクタ等の画像表示装置は、高効率で偏光状態を整えた光を利用することができるので、効率よく明るい画像を生成することが可能となる。また偏光状態のそろった光を出射する出射面積が小さいので、画像表示装置を小型化することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。なお、各図における構成は、理解しやすいように誇張して記載しており、実際の間隔や大きさとは異なる。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。本発明の光学ユニットは、無偏光の光を発するメタルハライドランプ又は高圧水銀ランプ等の光源２１、及び光源２１が発する光を集光する集光レンズ２２を用いてなる本発明に係る入射手段２と、本発明の偏光変換素子１とを含んでなる。本発明の偏光変換素子１は、断面が直角二等辺三角形である三角柱の形状に形成されたプリズムである導光体１１を備えている。導光体１１は、三角柱の側面の内、互いに直角をなして交差する２側面の夫々を、光が入射する入射面１１１と光が出射する第１出射面１１２とにしている。また導光体１１は、断面の直角二等辺三角形の斜辺がなす面を本発明に係る第２出射面１１３としている。
【００３９】
偏光変換素子１は、導光体１１の入射面１１１の外側に略平行に、ホログラム素子を用いて構成した回折格子（偏光光分離部）１２を備えている。回折格子１２は、本発明に係る偏光光分離部であり、略垂直に光が入射された場合に、入射された光に含まれる互いに直線偏光が直交する２種類の偏光光の内、一方の偏光光を透過させて進行方向を維持し、他方の偏光光を回折して所定の方向へ進行方向を変化させる。本実施の形態では、入射面１１１に略垂直に入射された光が第２出射面１１３で反射する場合のＰ偏光光を、回折格子１２で進行方向が維持される偏光光とし、同様にＳ偏光光を回折格子１２で回折される偏光光とする。図１中には、Ｐ偏光光を実線で示し、Ｓ偏光光を一点鎖線で示している。
【００４０】
偏光変換素子１は、更に、導光体１１の第２出射面１１３の外側に略平行に、空気層（低屈折率層）１３を隔てて、位相差板（偏光状態変換層）１４を備え、位相差板１４の外側に反射面を第２出射面１１３側に向けた平板状のミラー（反射層）１５を備えている。空気層１３、位相差板１４及びミラー１５は本発明に係る偏光状態変換部である。位相差板１４は、第２出射面１１３から出射した光がミラー１５で反射される前後で通過する際に、光の直線偏光の方向を９０°回転させるような構成となっている。図１中には、導光体１１、回折格子１２、位相差板１４及びミラー１５の断面を示している。
【００４１】
入射手段２は、光源２１が発した光を回折格子１２に略垂直に入射するように配置されている。回折格子１２は、入射された光からＰ偏光光とＳ偏光光とを分離する。回折格子１２で分離されたＰ偏光光は、進行方向を維持しながら導光体１１の入射面１１１へ略垂直に入射し、導光体１１内の第２出射面１１３の内面で全反射し、第１出射面１１２から導光体１１外へ出射する。回折格子１２で分離されたＳ偏光光は、進行方向が変化し、所定の入射角で導光体１１の入射面１１１へ入射し、第２出射面１１３から導光体１１外へ出射する。第２出射面１１３から出射したＳ偏光光は、空気層１３及び位相差板１４を通過してミラー１５で反射し、位相差板１４及び空気層１３を通過する。第２出射面１１３から出射したＳ偏光光は、ミラー１５で反射される前後で位相差板１４を合計２回通過することによって、直線偏光の方向が９０°回転し、Ｐ偏光光へと変換される。Ｐ偏光光へ変換された光は、第２出射面１１３から導光体１１内へ再度入射し、第１出射面１１２から導光体１１外へ出射する。このようにして、本発明の偏光変換素子１は、光源２１が発する光の偏光状態をそろえ、偏光状態がそろった光を第１出射面１１２から出射する。
【００４２】
次に、偏光変換素子１が効率良く偏光光を出射するための条件を説明する。図２は、回折格子１２で分離されたＰ偏光光の光路を示す模式図である。Ｐ偏光光が効率よく第１出射面１１２から出射するためには、回折格子１２で分離されたＰ偏光光の多くが第２出射面１１３の内面で全反射することが望ましい。入射手段２は、光の中心軸に対してθ１の広がり角で光を回折格子１２に対して入射するとする。回折格子１２で分離されたＰ偏光光は、入射面１１１に対して略垂直な中心軸に対してθ１の広がり角で入射面１１１へ入射する。導光体１１の４５°の角の方へ広がった第２出射面１１３に対して最も小さい入射角で入射する光が第２出射面１１３で全反射すれば、Ｐ偏光光の全体が全反射することとなる。
【００４３】
ここで、入射面１１１に対して略垂直な中心軸に対して、導光体１１の４５°の角の方へθ１の広がり角で広がった光の入射面１１１での導光体１１内部への入射角をθ２とし、この光が第２出射面１１３の内面へ入射する入射角をθ３とする。また導光体１１の屈折率をｎ１とし、空気の屈折率をｎ０とする。このとき、屈折の法則により下記（１）式が成り立つ。
ｎ０ｓｉｎθ１＝ｎ１ｓｉｎθ２   …（１）
【００４４】
また、入射面１１１での導光体１１内部への入射角がθ２である光が第２出射面１１３の内面で全反射する条件は、下記（２）式で表される。
ｎ１ｓｉｎθ３≧ｎ０                    …（２）
【００４５】
更に、θ２とθ３との間には下記（３）式の関係が成り立つ。
θ３＝４５°−θ２               …（３）
【００４６】
（２）式及び（３）式より、θ２と屈折率ｎ０，ｎ１との間には下記（４）式の関係が成り立つ。
ｓｉｎ（４５°−θ２）≧ｎ０／ｎ１      …（４）
【００４７】
例えば、空気の屈折率ｎ０を１．０、導光体１１の屈折率ｎ１を１．７とした場合は、（４）式よりθ２≦８．９７°となり、（１）式よりθ１≦１５．３７°となる。中心軸に対する広がり角が１５．３７°以下である光は第２出射面１１３の内面で全反射することとなる。より一般的には、（４）式において等号が成立する場合のθ１の値を限界広がり角θ０とすると、回折格子１２への入射光の広がり角θ１をθ１≦θ０とすることにより、回折格子１２で分離されたＰ偏光光を全反射させることができる。例えば光の強度が半分になる広がり角がθ０以下となるように入射光を調整しておくことで、回折格子１２で分離されたＰ偏光光の大部分を全反射させることができる。このようにして、（４）式及び（１）式により導光体１１の屈折率ｎ１に応じて定められる限界広がり角θ０の範囲に光の大部分が含まれるように、導光体１１の屈折率と回折格子１２への入射光の広がり角との関係を設定しておくことにより、Ｐ偏光光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
図３は、回折格子１２で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。Ｓ偏光光が効率良くＰ偏光光へ変換されるためには、回折格子１２で分離されたＳ偏光光の多くが、第２出射面１１３の内面で全反射することなく第２出射面１１３から出射することが望ましい。回折格子１２は、回折によって分離前の進行方向に対してθ４の角度で光の進行方向を変更するとする。回折格子１２で分離されたＳ偏光光は、入射面１１１に対して中心軸が入射角θ４をなし、中心軸に対してθ１の広がり角で入射面１１１へ入射する。導光体１１の直角の方へ広がった第２出射面１１３に対して最も大きい入射角で入射する光が第２出射面１１３で全反射しなければ、Ｓ偏光光は第２出射面１１３で全反射せずに全体が第２出射面１１３から出射することとなる。
【００４９】
ここで、入射面１１１に対して入射角θ４をなす中心軸に対して、導光体１１の直角の方へθ１の広がり角で広がった光の入射面１１１での導光体１１内部への入射角をθ５とし、この光が第２出射面１１３の内面へ入射する入射角をθ６とする。このとき、屈折の法則により下記（５）式が成り立つ。
ｎ０ｓｉｎ（θ４−θ１）＝ｎ１ｓｉｎθ５       …（５）
【００５０】
また第２出射面１１３の内面へ入射角θ６で入射する光が全反射を起こさない条件は、下記（６）式で表される。
ｎ１ｓｉｎθ６＜ｎ０             …（６）
【００５１】
（３）式及び（４）式と同様にして、下記の（７）式及び（８）式が成り立つ。
θ６＝４５°−θ５        …（７）
ｓｉｎ（４５°−θ５）＜ｎ０／ｎ１      …（８）
【００５２】
同様に空気の屈折率ｎ０を１．０、導光体１１の屈折率ｎ１を１．７とした場合は、（８）式よりθ５＞８．９７°となり、（６）式よりθ４−θ１＞１５．３７°となる。この条件では、回折格子１２で分離されたＳ偏光光の中心軸に対する広がり角がθ１以下である光は第２出射面１１３の内面で全反射することなく第２出射面１１３から出射し、Ｐ偏光光へ変換される。より一般的には、（４）式において等号が成立する場合のθ１の値である限界広がり角θ０を用いて、回折格子１２がＳ偏光光の進行方向を変化させる角度θ４をθ４＞θ０＋θ１とすることにより、回折格子１２で分離されたＳ偏光光を効率よくＰ偏光光へ変換することができる。
【００５３】
回折格子１２で分離したＰ偏光光とＳ偏光光を変換したＰ偏光光との光量を最大限利用するためには、回折格子１２で分離されたＰ偏光光の大部分が第２出射面１１３の内面で全反射する条件が成り立った上でＳ偏光光の大部分が第２出射面１１３で全反射を起こさない条件が成り立つことが望ましい。例えば光の強度が半分になる広がり角がθ０以下となり、回折格子１２が光の進行方向を変化させる角度θ４がθ４＞２θ０となるように、導光体１１の屈折率、回折格子１２への入射光の広がり角、及び回折格子１２が光の進行方向を変化させる角度を設定しておくことにより、回折格子１２で分離したＰ偏光光とＳ偏光光を変換したＰ偏光光とでなる最大限の光量を第１出射面１１２から出射することが可能となる。
【００５４】
ところで、回折格子１２で分離されたＰ偏光光は、第１出射面１１２に垂直な中心軸に対して広がり角θ１で第１出射面１１２から出射する。またＳ偏光光が位相差板１４でＰ偏光光に変換された光は、第１出射面１１２に垂直な線からθ４傾いた中心軸に対して広がり角θ１で第１出射面１１２から出射する。従って、第１出射面１１２から出射する光の広がり角をθとすると、２θ＝θ４＋２θ１となる。即ち、θ４が大きい場合は第１出射面１１２からの出射光の広がり角が大きくなる。故に、例えば光の強度が半分になる広がり角がθ０以下となり、回折格子１２が光の進行方向を変化させる角度θ４がθ４＝２θ０となるように条件を設定しておくことにより、第１出射面１１２から出射する光量を確保しながら広がり角を可及的に小さくすることができる。
【００５５】
図４は、実施の形態１に係る偏光変換素子１を用いたプロジェクタ１０の光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタ１０は本発明の画像表示装置であり、偏光変換素子１及び入射手段２を備えている。入射手段２は無偏光の光を回折格子１２へ入射し、偏光変換素子１は導光体１１の第１出射面１１２からＰ偏光光を出射する。図中には、Ｐ偏光光を矢印付きの実線で示し、Ｓ偏光光を矢印付きの一点鎖線で示している。またプロジェクタ１０は、第１出射面１１２から出射した光を集光する集光レンズ４１と、集光レンズ４１が集光した光を入射される偏光ビームスプリッタ４２と、偏光ビームスプリッタ４２を透過した光を入射される液晶パネル（液晶表示素子）３を備えている。偏光ビームスプリッタ４２は、Ｐ偏光光を透過させ、Ｓ偏光光の進行方向を変化させる構成となっている。また液晶パネル３は、画像信号に応じて各画素での反射光の階調を変化させ、入射されたＰ偏光光をＳ偏光光に変換して画像信号に応じた階調で各画素が光を反射することにより、Ｓ偏光光でなる画像を出射する構成となっている。液晶パネル３が出射したＳ偏光光は、偏光ビームスプリッタ４２によって進行方向が変更される。プロジェクタ１０は、更に液晶パネル３が出射して偏光ビームスプリッタ４２で進行方向が変更されたＳ偏光光でなる画像を外部へ投射する投射レンズ４３を備えている。以上の構成のプロジェクタ１０では、光源２１が無偏光の光を発生し、偏光変換素子１が光の偏光をＰ偏光にそろえて出射し、液晶パネル３はＳ偏光光でなる画像を生成し、投射レンズ４３は外部のスクリーン等へ画像を投射する。
【００５６】
本発明の偏光変換素子１は、光源２１が発する光に含まれるＰ偏光光とＳ偏光光を変換したＰ偏光光とを第１出射面１１２から出射するので、出射面積を広げることなく、高効率で偏光状態をそろえた光を出射することができる。また導光体１１の屈折率と他の部材の屈折率とを厳密に調整する必要がないので、用途に応じた偏光変換素子１の自由な設計が可能となる。
【００５７】
また液晶パネル３は、液晶分子の屈折率異方性を利用して階調表現を実現しているので、偏光状態の整った光を利用するのが望ましい。従って、プロジェクタ１０は、本発明の偏光変換素子１を用いることによって高効率で偏光状態を整えた光を利用することができるので、効率よく明るい画像を投影することが可能となる。また偏光状態のそろった光を出射する出射面積を小さくすることにより、集光レンズ４１及び偏光ビームスプリッタ４２等のその他の構成要素も小さくすることができるので、プロジェクタ１０全体を小型化することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、導光体１１の形状を断面が直角二等辺三角形である三角柱の形状とした形態を示したが、これに限るものではなく、導光体１１の形状を断面が一般的な直角三角形又は一般的な三角形である三角柱の形状とした形態であってもよい。この場合でも、回折格子１２への入射光の広がり角及び回折格子１２が光の進行方向を変化させる角度を導光体１１の形状に応じて適切に設定することにより、高効率で偏光状態がそろった光を利用することが可能となる。
【００５９】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。入射手段２の構成は実施の形態１と同様であるので、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。本実施の形態に係る偏光変換素子５は、底面及び頂面が長方形である四角柱の形状に形成されたプリズムである導光体５１を備えている。導光体５１は、四角柱の底面を光が入射する入射面５１１とし、四角柱の頂面を光が出射する第１出射面としている。偏光変換素子５は、導光体５１の入射面５１１の外側に略平行に、ホログラム素子を用いて構成した回折格子５２を備えている。回折格子５２は、略垂直に入射された光に含まれるＰ偏光光を透過させて進行方向を維持し、Ｓ偏光光を回折して所定の方向へ進行方向を変化させる。また導光体５１は、四角柱の側面の内、回折格子５２がＳ偏光光を回折によって進行方向を変化させる方向にある一側面を本発明に係る第２出射面５１３としてある。図５中には、Ｐ偏光光を実線で示し、Ｓ偏光光を一点鎖線で示している。
【００６０】
導光体５１の第２出射面５１３の外面には、導光体５１の屈折率よりも屈折率が小さい部材で形成された低屈折率層５３が接合されている。低屈折率層５３には、位相差板５４が接合されており、位相差板５４の外側には反射面を第２出射面５１３側に向けた平板状のミラー５５が設けられている。例えば導光体５１の屈折率よりも屈折率が小さい低屈折率の接着剤で位相差板５４を第２出射面５１３に接合することにより、低屈折率層５３が形成される。図５中には、導光体５１の長軸に平行な、導光体５１、回折格子５２、低屈折率層５３、位相差板５４及びミラー５５の断面を示している。
【００６１】
入射手段２は、光源２１が発した光を回折格子５２に略垂直に入射するように配置されている。回折格子５２は、入射された光からＰ偏光光とＳ偏光光とを分離する。回折格子５２で分離されたＰ偏光光は、進行方向を維持しながら導光体５１の入射面５１１へ略垂直に入射し、第１出射面５１２から導光体５１外へ出射する。回折格子５２で分離されたＳ偏光光は、進行方向が変化し、所定の入射角で導光体５１の入射面５１１へ入射し、第２出射面５１３から導光体５１外へ出射する。第２出射面５１３から出射したＳ偏光光は、低屈折率層５３及び位相差板５４を通過してミラー５５で反射し、位相差板５４及び低屈折率層５３を通過することによって、Ｐ偏光光へと変換される。Ｐ偏光光へ変換された光は、第２出射面５１３から導光体５１内へ再度入射し、第１出射面５１２から導光体５１外へ出射する。このようにして、偏光変換素子５は、光源２１が発する光の偏光状態をそろえ、偏光状態がそろった光を第１出射面５１２から出射する。
【００６２】
次に、偏光変換素子５が効率良く偏光光を出射するための条件を説明する。図６は、実施の形態２における回折格子５２で分離されたＰ偏光光の光路を示す模式図である。Ｐ偏光光が効率よく第１出射面５１２から出射するためには、回折格子５２で分離されたＰ偏光光が第２出射面５１３の内面で全反射することが望ましい。入射手段２は光の中心軸に対してφ１の広がり角で光を回折格子５２に対して入射し、Ｐ偏光光は、入射面５１１に対して略垂直な中心軸に対してφ１の広がり角で入射面５１１へ入射する。入射面５１１に対してφ１の入射角で入射して第２出射面５１３に対して最も小さい入射角で入射する光が第２出射面５１３の内面で全反射すれば、Ｐ偏光光の全体が全反射することとなる。
【００６３】
ここで、入射面５１１に対してφ１の入射角で入射する光の入射面５１１での導光体５１内部への入射角をφ２とする。また導光体５１の屈折率をｎ２、空気の屈折率をｎ０、低屈折率層５３の屈折率をｎ３とする。このとき、屈折の法則及び全反射の条件より、下記の（９）式及び（１０）式が成立する。
ｎ０ｓｉｎφ１＝ｎ２ｓｉｎφ２   …（９）
ｎ２ｓｉｎ（９０°−φ２）≧ｎ３ …（１０）
【００６４】
例えば、空気の屈折率ｎ０を１．０、導光体５１の屈折率ｎ２を１．５１、低屈折率層５３の屈折率を１．４９とした場合は、（１０）式よりφ２≦９．３°となり、（９）式よりφ１≦１４．１°となる。中心軸に対する広がり角が１４．１°以下である光は第２出射面５１３の内面で全反射することとなる。またこの条件では、第２出射面５１３に対向した面の内面でもＰ偏光光は全反射する。より一般的には、（１０）式において等号が成立する場合のφ１の値を限界広がり角φ０とすると、回折格子５２への入射光の広がり角φ１をφ１≦φ０とすることにより、回折格子５２で分離されたＰ偏光光を全反射させることができる。このように、（９）式及び（１０）式により導光体５１の屈折率ｎ２及び低屈折率層５３の屈折率ｎ３に応じて定められる限界広がり角φ０の範囲に光の大部分が含まれるように、屈折率と回折格子５２への入射光の広がり角との関係を設定しておくことにより、Ｐ偏光光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００６５】
図７は、実施の形態２における回折格子５２で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。Ｓ偏光光が効率良くＰ偏光光へ変換されるためには、回折格子５２で分離されたＳ偏光光が、第２出射面５１３の内面で全反射することなく第２出射面５１３から出射することが望ましい。回折格子５２は、回折によって分離前の進行方向に対してφ３の角度で光の進行方向を変更するとする。回折格子５２で分離されたＳ偏光光は、入射面５１１に対して中心軸が入射角φ３をなし、中心軸に対してφ１の広がり角で入射面５１１へ入射する。第２出射面５１３に対して最も大きい入射角で入射する光が第２出射面５１３で全反射しなければ、Ｓ偏光光は第２出射面５１３で全反射せずに全体が第２出射面５１３から出射することとなる。
【００６６】
ここで、入射面５１１に対して入射角φ３をなす中心軸に対して分離前の進行方向の方へφ１の広がり角で広がった光の入射面５１１での導光体５１内部への入射角をφ４とする。このとき、屈折の法則及び全反射を起こさないための条件より、下記の（１１）式及び（１２）式が成立する。
ｎ０ｓｉｎ（φ３−φ１）＝ｎ２ｓｉｎφ４       …（１１）
ｎ２ｓｉｎ（９０°−φ４）＜ｎ３        …（１２）
【００６７】
よって、空気の屈折率ｎ０を１．０、導光体５１の屈折率ｎ２を１．５１、低屈折率層５３の屈折率ｎ３を１．４９とした場合は、（１２）式よりφ４＞９．３°となり、（１１）式よりφ３−φ１＞１４．１°となる。この条件では、Ｓ偏光光の中心軸に対する広がり角がφ１以下である光は第２出射面５１３の内面で全反射することなく第２出射面５１３から出射し、Ｐ偏光光へ変換される。より一般的には、（１０）式において等号が成立する場合のφ１の値である限界広がり角φ０を用いて、回折格子５２がＳ偏光光の進行方向を変化させる角度φ３をφ３＞φ０＋φ１とすることにより、回折格子５２で分離されたＳ偏光光を効率よくＰ偏光光へ変換することができる。
【００６８】
また実施の形態１と同様に、回折格子５２で分離されたＰ偏光光の大部分を含む広がり角がφ０以下となり、回折格子５２が光の進行方向を変化させる角度φ３がφ３＝２φ０となるように、導光体５１の屈折率、低屈折率層５３の屈折率、回折格子５２への入射光の広がり角、及び回折格子５２が光の進行方向を変化させる角度を設定しておくことにより、回折格子５２で分離したＰ偏光光とＳ偏光光を変換したＰ偏光光とでなる光量を確保しながら広がり角を可及的に小さくすることができる。
【００６９】
図８は、実施の形態２に係る偏光変換素子５を用いたプロジェクタ５０の光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタ５０は本発明の画像表示装置であり、偏光変換素子５を備えている。プロジェクタ５０の光学系が含む偏光変換素子５以外の構成は図４に示した実施の形態１でのプロジェクタ１０と同様であり、対応する部分に同符号を付す。入射手段２は無偏光の光を回折格子５２へ入射し、偏光変換素子５は導光体５１の第１出射面５１２からＰ偏光光を出射する。図中には、Ｐ偏光光を矢印付きの実線で示し、Ｓ偏光光を矢印付きの一点鎖線で示している。偏光ビームスプリッタ４２は、Ｐ偏光光を透過させ、液晶パネル３は、画像信号に応じたＳ偏光光でなる画像を生成し、投射レンズ４３は外部のスクリーン等へ画像を投射する。
【００７０】
本実施の形態においても、出射面積を広げることなく、高効率で偏光状態をそろえた光を出射することができる。また用途に応じた偏光変換素子５の自由な設計が可能となる。更にプロジェクタ５０は、偏光変換素子５を用いることにより、効率よく明るい画像を投影することが可能となり、また小型化が可能となる。
【００７１】
（実施の形態３）
実施の形態２に係る偏光変換素子では、Ｓ偏光からＰ偏光に偏光状態を変換された光は、第２出射面から導光体内へ入射するときに、導光体の長軸方向に対してある程度傾斜した角度で入射される。第１出射面から出射する光の強度の分布を均一にするためには、導光体５１の長軸方向の長さを大きくする必要がある。しかし、導光体の長さを大きくした場合は、Ｓ偏光光から変換されたＰ偏光光が、第２出射面に対向する面で反射し、再度第２出射面から出射してＳ偏光光へ戻る可能性が生じる。そこで、実施の形態３は、第２出射面から入射した光が第２出射面から再度出射することを防止する形態である。
【００７２】
図９は、実施の形態３に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。入射手段２の構成は実施の形態１及び２と同様であるので、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。本実施の形態に係る偏光変換素子６は、底面及び頂面が長方形である四角柱の形状に形成されたプリズムである導光体６１を備えている。導光体６１は、四角柱の底面を光が入射する入射面６１１とし、四角柱の頂面を光が出射する第１出射面６１２としている。偏光変換素子６は、導光体６１の入射面６１１の外側に略平行に、ホログラム素子を用いて構成した回折格子６２を備えている。回折格子６２は、略垂直に入射された光に含まれるＰ偏光光を透過させて進行方向を維持し、Ｓ偏光光を回折して所定の方向へ進行方向を変化させる。また導光体６１は、四角柱の側面の内、回折格子６２がＳ偏光光を回折によって進行方向を変化させる方向にある一側面を本発明に係る第２出射面６１３としてある。更に、導光体６１は、第２出射面６１３に対向する対向面６１４を有し、入射面６１３から第１出射面６１２にかけて第２出射面６１３と対向面６１４との間の距離が順次広がるように対向面６１４が第２出射面６１３に対して所定の角度で傾斜した形状に形成されている。図９中には、Ｐ偏光光を実線で示し、Ｓ偏光光を一点鎖線で示している。
【００７３】
実施の形態２と同様に、導光体６１の第２出射面６１３の外面には、導光体６１の屈折率よりも屈折率が小さい部材で形成された低屈折率層６３が接合されおり、低屈折率層６３には、位相差板６４が接合されており、位相差板６４の外側には反射面を第２出射面６１３側に向けた平板状のミラー６５が設けられている。実施の形態２と同様に、入射手段２は、光源２１が発した光を回折格子６２に略垂直に入射し、回折格子６２は、入射された光に含まれるＰ偏光光とＳ偏光光とを分離する。Ｐ偏光光は、進行方向を維持しながら導光体６１の入射面６１１へ略垂直に入射し、第１出射面６１２から導光体６１外へ出射する。Ｓ偏光光は、進行方向が変化して導光体６１の入射面６１１へ入射し、第２出射面６１３から導光体６１外へ出射し、低屈折率層６３及び位相差板６４を通過してミラー６５で反射し、Ｐ偏光光へ変換されて第２出射面６１３から導光体６１内へ再度入射し、第１出射面６１２から導光体６１外へ出射する。
【００７４】
図１０は、実施の形態３における回折格子６２で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。第２出射面６１３から入射した光が第２出射面６１３から再度出射することを効率良く防止するためには、第２出射面６１３から入射した光が対向面６１４の内面で反射した後で第２出射面６１３の内面で全反射することが望ましい。回折格子６２で分離されたＳ偏光光は、入射面６１１に対して中心軸が入射角φ３をなし、中心軸に対してφ１の広がり角で入射面６１１へ入射する。第２出射面６１３に対して最も小さい入射角で入射する光が対向面６１４の内面で反射した後で第２出射面６１３の内面で全反射すれば、Ｓ偏光光からＰ偏光光へ変換された光は第２出射面６１３から再度出射することはなくなる。
【００７５】
ここで、第２出射面６１３に対する対向面６１４の傾斜角をφ５とする。また、入射面６１１に対して入射角φ３をなす中心軸に対して分離方向へφ１の広がり角で広がった光が、入射面６１１から入射し、第２出射面６１３から出射し、ミラー６５で反射されて第２出射面６１３から導光体６１内へ入射したときの第２出射面６１３に対してなす角をφ６とする。また第２出射面６１３から導光体６１内へ入射した光が対向面６１４で反射した反射光が第２出射面６１３に対してなす角をφ７とする。また導光体６１の屈折率をｎ２、空気の屈折率をｎ０、低屈折率層５３の屈折率をｎ３とする。このとき、屈折の法則により下記の（１３）式が成立し、対向面６１４で反射した光が第２出射面６１３で全反射するための条件より下記の（１４）式が成立し、φ７について下記の（１５）式が成立する。
ｎ０ｓｉｎ（φ３＋φ１）＝ｎ２ｓｉｎφ６       …（１３）
ｎ２ｓｉｎ（９０°−φ７）≧ｎ３        …（１４）
φ７＝φ６−２φ５                      …（１５）
【００７６】
実施の形態２より、光を効率よく利用するためには、回折格子６２で分離されたＰ偏光光の大部分を含む広がり角をφ０とし、回折格子１２が光の進行方向を変化させる角度φ３をφ３＝２φ０とする。この場合は、φ３＋φ１＝３φ０となる。空気の屈折率ｎ０を１．０、導光体６１の屈折率ｎ２を１．５１、低屈折率層５３の屈折率ｎ３を１．４９とした場合は、実施の形態２よりφ０＝１４．１°とすると、（１３）式よりφ６＝２６．５°となる。また（１４）式よりφ７≦９．３°となり、（１５）式よりφ５≧８．６°となる。従って、第２出射面６１３に対する対向面６１４の傾斜角φ５を８．６°以上とすることによって、偏光状態を変換されて第２出射面６１３から入射した光が第２出射面６１３から再度出射することを防止することができる。この条件では、導光体６１の長さを大きくした場合でも、偏光状態のそろった光を高効率で利用することが可能となる。また本実施の形態においては、導光体６１内で光の中心軸に対して大きい角度をなす光でも、対向面６１４で反射することによって中心軸に対してなす角度が小さくなるので、第１出射面６１２から光を出射する際の広がり角を小さくすることが可能となる。
【００７７】
図１１は、実施の形態３に係る偏光変換素子６を用いたプロジェクタ６０の光学系の構成例を示す構成図である。プロジェクタ６０は本発明の画像表示装置であり、偏光変換素子６を備えている。プロジェクタ６０の光学系が含む偏光変換素子６以外の構成は図４に示した実施の形態１でのプロジェクタ１０と同様であり、対応する部分に同符号を付す。入射手段２は無偏光の光を回折格子６２へ入射し、偏光変換素子６は導光体６１の第１出射面６１２からＰ偏光光を出射する。図中には、Ｐ偏光光を矢印付きの実線で示し、Ｓ偏光光を矢印付きの一点鎖線で示している。偏光ビームスプリッタ４２は、Ｐ偏光光を透過させ、液晶パネル３は、画像信号に応じたＳ偏光光でなる画像を生成し、投射レンズ４３は外部のスクリーン等へ画像を投射する。
【００７８】
本実施の形態においても、出射面積を広げることなく、高効率で偏光状態をそろえた光を出射することができる。また用途に応じた偏光変換素子６の自由な設計が可能となる。更にプロジェクタ６０は、偏光変換素子６を用いることにより、効率よく明るい画像を投影すことが可能となり、また小型化が可能となる。
【００７９】
更に、液晶パネル３の表示領域が４：３又は１６：９等の長方形である場合、導光体６１の第１出射面６１２の形状が表示パネル３の表示領域と相似になるように、導光体６１の長さ又は傾斜面の角度を設定することで、照明領域の無駄を減少させることができ、効率の良いプロジェクタ６０を得ることが可能となる。
【００８０】
なお、以上の実施の形態１〜３においては、偏光変換素子はＰ偏光に偏光状態をそろえた光を出射し、偏光ビームスプリッタ４２は偏光光を透過させてＳ偏光光の進行方向を変更し、液晶パネル３はＳ偏光でなる画像を生成する例を示したが、これに限るものではなく、偏光変換素子１はＳ偏光に偏光状態をそろえた光を出射し、偏光ビームスプリッタ４２はＳ偏光光を透過させてＰ偏光光の進行方向を変更し、液晶パネル３はＰ偏光でなる画像を生成する構成であってもよい。また図で示したプロジェクタの構成は最小限の構成であり、プロジェクタは、例えば偏光ビームスプリッタ４２と投射レンズ４３との間に偏光板を備えることによってコントラストを向上させることができる構成等、その他の構成要素を含んだ構成であってもよい。
【００８１】
また以上の実施の形態１〜３においては、反射型の液晶パネルを用いてプロジェクタを構成した例を示したが、これに限るものではなく、本発明の画像表示装置であるプロジェクタは、透過型の液晶パネルを用いて画像を生成する構成とした形態であってもよい。また以上の実施の形態１〜３においては、本発明の照射光学ユニットは、外部のスクリーン等へ画像を投影するプロジェクタを構成するために用いた形態を示しているが、これに限るものではなく、透過型のスクリーンを備え、スクリーンの背面から投射レンズ４３で画像を投射することによってスクリーンに画像を拡大投影するリアプロジェクション方式の画像表示装置を構成する形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施の形態１に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。
【図２】回折格子で分離されたＰ偏光光の光路を示す模式図である。
【図３】回折格子で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。
【図４】実施の形態１に係る偏光変換素子を用いたプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。
【図５】実施の形態２に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。
【図６】実施の形態２における回折格子で分離されたＰ偏光光の光路を示す模式図である。
【図７】実施の形態２における回折格子で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。
【図８】実施の形態２に係る偏光変換素子を用いたプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。
【図９】実施の形態３に係る本発明の光学ユニットの構成を示す模式的断面図である。
【図１０】実施の形態３における回折格子で分離されたＳ偏光光の光路を示す模式図である。
【図１１】実施の形態３に係る偏光変換素子を用いたプロジェクタの光学系の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８３】
１、５、６  偏光変換素子
１０、５０、６０  プロジェクタ（画像表示装置）
１１、５１、６１  導光体
１１１、５１１、６１１  入射面
１１２、５１２、６１２  第１出射面
１１３、５１３、６１３  第２出射面
１２、５２、６２  回折格子（偏光光分離部）
１３  空気層（低屈折率層）
５３、６３  低屈折層
１４、５４、６４  位相差板（偏光状態変換層）
１５、５５、６５  ミラー（反射層）
２  入射手段
２１  光源
３  液晶パネル（液晶表示素子）
４２  変更ビームスプリッタ
【図１】
2006243675.tif 000003
【図２】
2006243675.tif 000004
【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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