(57)【要約】【課題】偏光分離特性のよい偏光ビームスプリッタの提供【解決手段】  柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第１、第２のガラスプリズムと、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成るワイヤグリッド偏光分離素子とを有し、ワイヤグリッド偏光分離素子は金属格子が形成されていない方の面が、第１のガラスプリズムの対向面に固着される。そして第２のガラスプリズムは、その対向面が、空気層を形成する状態で、ワイヤグリッド偏光分離素子が固着された第１のガラスプリズムの上記対向面に対向するように配置されるようにする。即ち金属格子側は第２のガラスプリズム側に接触しないようにされる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第１のガラスプリズムと、
柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第２のガラスプリズムと、
ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成るワイヤグリッド偏光分離素子と、
を有し、
上記ワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第１のガラスプリズムの上記対向面に固着され、
上記第２のガラスプリズムは、その対向面が、空気層を形成する状態で、上記ワイヤグリッド偏光分離素子が固着された上記第１のガラスプリズムの上記対向面に対向するように配置されて成ることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項２】
上記第１、第２のガラスプリズムは、その柱状体の上面と下面が固定プレートに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】
上記第１、第２のガラスプリズムは、上記対向面の端部もしくは上記対向面に固着された上記ワイヤグリッド偏光分離素子の端部がスペーサに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項４】
ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成る第２のワイヤグリッド偏光分離素子をさらに備え、
上記第２のワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第２のガラスプリズムの上記対向面に固着されることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
【請求項５】
光源と、
映像信号に応じて光学像を形成する反射型液晶パネルと、
投影レンズと、
上記光源から所定の光経路で導かれた光を偏光分離して上記反射型液晶素子に導き、また上記反射型液晶素子で反射された光を偏光分離して上記投影レンズ側に導く偏光ビームスプリッタと、
を備え、
上記偏光ビームスプリッタは、
柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第１のガラスプリズムと、
柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第２のガラスプリズムと、
ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成るワイヤグリッド偏光分離素子とを有し、
上記ワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第１のガラスプリズムの上記対向面に固着され、
上記第２のガラスプリズムは、その対向面が、空気層を形成する状態で、上記ワイヤグリッド偏光分離素子が固着された上記第１のガラスプリズムの上記対向面に対向するように配置されて成ることを特徴とする液晶プロジェクタ装置。
【請求項６】
上記所定の光経路として、上記光源からの白色光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する分離光学手段を備え、
上記反射型液晶パネルとして、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の映像信号に応じて光学像を形成する第１，第２，第３の反射型液晶パネルを備え、
上記偏光ビームスプリッタとして、上記分離光学手段で分離されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光、及び上記第１，第２，第３の反射型液晶パネルにそれぞれ対応する第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタを備え、
さらに、上記第１，第２，第３の反射型液晶パネルで反射され、上記第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタで偏光分離されたＲ、Ｇ、Ｂ各色の光を合成して上記投影レンズに導く光合成手段とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項７】
上記偏光ビームスプリッタにおける上記第１、第２のガラスプリズムは、その柱状体の上面と下面が固定プレートに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項８】
上記偏光ビームスプリッタにおける上記第１、第２のガラスプリズムは、上記対向面の端部もしくは上記対向面に固着された上記ワイヤグリッド偏光分離素子の端部がスペーサに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液晶プロジェクタ装置。
【請求項９】
上記偏光ビームスプリッタは、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成る第２のワイヤグリッド偏光分離素子をさらに備え、
上記第２のワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第２のガラスプリズムの上記対向面に固着されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液晶プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を直交する２つの直線偏光に分けて、１つの偏光は透過して出射し、もう１つの偏光は反射させることで偏光分離を行う、偏光ビームスプリッタ、及びこの偏光ビームスプリッタ用いた液晶プロジェクタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−１３１２１２号公報
【０００３】
反射型液晶パネルを用いた反射型液晶プロジェクタ装置では、液晶パネルの光の入射部と出射部が同一であるため、偏光ビームスプリッタなどで、偏光分離を行うことが必要である。
図１２（ａ）に反射型液晶プロジェクタ装置の基本光学系を示す。
光源（放電ランプ）１０２から出射される光は、反射鏡１０６により集光され、略平行光の光束とされる。そして照明光学系１０３、及び偏光分離素子としての偏光ビームスプリッタ１０１を介して反射型液晶パネル１０４に集光照明する。
反射型液晶パネル１０４の前に配置される偏光ビームスプリッタ１０１は、図１２（ｂ）に示すようにＳ偏光（偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対して）を反射し、Ｐ偏光を透過させる。従って図１２（ａ）の場合、Ｐ偏光成分が反射型液晶パネル１０４に入射することになる。
【０００４】
反射型液晶パネル１０４には映像信号Ｓｖが印加される。印加される映像信号Ｓｖに従い、反射型液晶パネル１０４は、内部の液晶に電界を印加する。液晶分子の配列は、印加電界により変化する。この液晶分子の配列により、旋光性のため、入射光は偏光回転し、出射される。
このパネル出射光は、映像信号Ｓｖに応じた光学像とされるが、再度偏光ビームスプリッタ１０１に入射する。反射型液晶パネル１０４により、偏光の振動方向が回転されたＳ偏光（偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対して）のみが、偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面で反射し、投影レンズ１０５に向かう。
投影レンズ１０５は、反射型液晶パネル１０４で形成される光学像を投影出力する。これにより映像が投影表示される。
【０００５】
ここで偏光ビームスプリッタ１０１は、三角柱のガラスプリズムを張り合わせたものである。張り合わせ面には、多層の光学薄膜が蒸着されて積層されており、偏光分離を行う。
ところがこのような、ガラスプリズムを用いた偏光ビームスプリッタは、偏光分離特性（Ｐ偏光とＳ偏光の透過・もしくは反射の消光比）よくするには、Ｆナンバの大きな光、つまり平行光に近い光を入射させる必要がある。
そこで、偏光分離特性を向上させる提案が各種なされているが、その内の１つとして、上記特許文献１に記載されているように、ワイヤーグリッドを用いた偏光分離素子を三角柱ガラスプリズムで挟む構造のものがある。
【０００６】
ワイヤグリッド偏光分離素子の構造を図１１（ａ）（ｂ）に示す。
ワイヤーグリッド偏光分離素子４は、ガラス基板４ｂの一方の面４ａ（金属格子構造面４ａ）に、アルミニウムなどの金属で平行な縞状の金属格子４ｃを形成したものである。
図示するように、金属格子４ｃを形成する個々の金属ストライプの幅をｗ、高さをｈとし、また格子の形成周期（ピッチ）をｐとしたとき、入射光の波長に対して約１／５以下の十分小さい周期ｐで金属格子４ｃを形成すると、周期方向と垂直に振動する電界成分の光は反射し、また平行に振動する電界成分の光は透過し、ほとんど光吸収がなく、効率よく偏光分離することができる。
このため図１１（ｃ）に示すように、自然光が或る入射角で入射したとき、反射する光はワイヤーグリッド偏光分離素子４の入射面に対してＳ偏光、透過する光は上記入射面に対してＰ偏光となる。
このようなワイヤグリッド偏光分離素子４は、偏光分離特性がよく、また入射角に対すして分光透過率の変化が小さいという利点を有することが知られている。
上記特許文献１に記載された偏光分離素子は、三角柱のガラスプリズムに、ワイヤグリッド偏光分離素子を挟み込むことで、偏光分離特性のよい偏光ビームスプリッタを構成することが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の偏光ビームスプリッタには、以下のような問題がある。
まず、所期の偏光分離性能を出すことが困難であることが挙げられる。
上記特許文献１の記載によれば、ワイヤグリッド偏光分離素子を三角柱プリズムに接着して挟み込むことで、一体化するとされる。ところがワイヤグリッド偏光分離素子は、上記のように微小な金属で平行に縞状の金属格子４ｃを形成したものである。金属格子４ｃの高さは、１００〜２００ｎｍ程度で、金属格子４ｃの幅は５０〜１００ｎｍ程度である。
このような金属格子が形成された面に三角柱プリズムを接着すると、接着剤により、格子が破壊されてしまい、所望する偏光分離性能が発揮されないことが多い。
【０００８】
また、金属格子が破壊されなかったにしても、次のような問題がある。ワイヤグリッド基板の逆側、つまり金属格子面側は、屈折率が１でないと、所望の性能が発揮しにくい。屈折率１とは空気であるから、三角柱プリズムに挟み込んで接着することでは、十分な性能が発揮されない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで本発明は、ワイヤグリッド偏光分離素子を利用した偏光ビームスプリッタとして、上記問題を解消し、高性能な偏光ビームスプリッタを提供すること、及びその偏光ビームスプリッタを用いて高性能な液晶プロジェクタ装置を実現することを目的とする。
【００１０】
本発明の偏光ビームスプリッタは、柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第１のガラスプリズムと、柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第２のガラスプリズムと、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成るワイヤグリッド偏光分離素子とを有する。そして上記ワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第１のガラスプリズムの上記対向面に固着され、上記第２のガラスプリズムは、その対向面が、空気層を形成する状態で、上記ワイヤグリッド偏光分離素子が固着された上記第１のガラスプリズムの上記対向面に対向するように配置されて成る。
また上記第１、第２のガラスプリズムは、その柱状体の上面と下面が固定プレートに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置される構造を実現する。
或いは、上記第１、第２のガラスプリズムは、上記対向面の端部もしくは上記対向面に固着された上記ワイヤグリッド偏光分離素子の端部がスペーサに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置される構造を実現する。
また、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成る第２のワイヤグリッド偏光分離素子をさらに備え、上記第２のワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第２のガラスプリズムの上記対向面に固着される。
【００１１】
本発明の液晶プロジェクタ装置は、光源と、映像信号に応じて光学像を形成する反射型液晶パネルと、投影レンズと、上記光源から所定の光経路で導かれた光を偏光分離して上記反射型液晶素子に導き、また上記反射型液晶素子で反射された光を偏光分離して上記投影レンズ側に導く偏光ビームスプリッタとを備える。そして上記偏光ビームスプリッタは、柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第１のガラスプリズムと、柱状体の側面として、光の入射面又は出射面となる第１、第２の端面と、対向面とを有する第２のガラスプリズムと、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成るワイヤグリッド偏光分離素子とを有し、上記ワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第１のガラスプリズムの上記対向面に固着され、上記第２のガラスプリズムは、その対向面が、空気層を形成する状態で、上記ワイヤグリッド偏光分離素子が固着された上記第１のガラスプリズムの上記対向面に対向するように配置されて成る。
また、上記所定の光経路として、上記光源からの白色光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する分離光学手段を備える。上記反射型液晶パネルとして、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の映像信号に応じて光学像を形成する第１，第２，第３の反射型液晶パネルを備える。上記偏光ビームスプリッタとして、上記分離光学手段で分離されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光、及び上記第１，第２，第３の反射型液晶パネルにそれぞれ対応する第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタを備える。さらに、上記第１，第２，第３の反射型液晶パネルで反射され、上記第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタで偏光分離されたＲ、Ｇ、Ｂ各色の光を合成して上記投影レンズに導く光合成手段とを備えることでカラー表示を行う液晶プロジェクタ装置を構成する。
これらの液晶プロジェクタ装置において、偏光ビームスプリッタは、上記第１、第２のガラスプリズムが、その柱状体の上面と下面が固定プレートに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置される。
或いは、上記偏光ビームスプリッタにおける上記第１、第２のガラスプリズムは、上記対向面の端部もしくは上記対向面に固着された上記ワイヤグリッド偏光分離素子の端部がスペーサに固着されることで、上記対向面どうしが上記空気層を形成しながら固定配置される。
また上記偏光ビームスプリッタは、ガラス基板の一方の面に金属格子が形成されて成る第２のワイヤグリッド偏光分離素子をさらに備え、上記第２のワイヤグリッド偏光分離素子は、上記ガラス基板の上記金属格子が形成されていない方の面が、上記第２のガラスプリズムの上記対向面に固着される。
【００１２】
即ち本発明では、ワイヤグリッド偏光分離素子と第１，第２のガラスプリズムにより偏光ビームスプリッタを構成するが、ワイヤグリッド偏光分離素子は、そのガラス基板の金属格子が形成されていない面が、一方のガラスプリズムに固着される。そして金属格子側は他方のガラスプリズム側に対して空気層を介して対向する。つまり金属格子側は他方のガラスプリズム側に接触しないようにされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ワイヤグリッド偏光分離素子が、第１，第２のガラスプリズムに挟まれる位置に配置されて偏光ビームスプリッタを形成するが、ワイヤグリッド偏光分離素子の金属格子面側は、空気層（エアギャップ）が形成される構造とされる。即ち、金属格子側を接着剤でガラスプリズムに接着するものではないため、金属格子が接着剤により破壊されてしまうことは起こり得ない。
さらには、金属格子面側は屈折率が１である空気層となることから、ワイヤグリッド偏光分離素子としての本来の偏光分離性能を発揮できることになる。
以上のことから高性能の偏光ビームスプリッタを実現できる。
【００１４】
また、金属格子側が空気層となるスペースを確保するのは、第１、第２のガラスプリズムが、その柱状体の上面と下面が固定プレートに固着されるようにすること、或いは、第１，第２のガラスプリズムの対向面の端部もしくは対向面に固着されたワイヤグリッド偏光分離素子の端部がスペーサに固着される構造とすることで、容易に実現できる。
また、第１、第２のガラスプリズムの対向面の両方にワイヤグリッド偏光分離素子を固着すること、つまり２つのワイヤグリッド偏光分離素子を用いることで、偏光分離特性をより向上させることができる。
【００１５】
また本発明の液晶プロジェクタ装置としては、反射型液晶パネルに対応して設けられる偏光ビームスプリッタとして、上記構成の偏光分離特性の向上された偏光ビームスプリッタを用いることで、高効率な反射型液晶プロジェクタ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の偏光ビームスプリッタ及びそれを用いた液晶プロジェクタ装置の各種実施の形態を説明していく。
【００１７】
＜偏光ビームスプリッタ＞
まず、図１，図２で実施の形態の偏光ビームスプリッタの基本構成を説明する。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、本例の偏光ビームスプリッタ１は、三角柱形状のガラスプリズム２，３と、ワイヤグリッド偏光分離素子４を有して成る。
ガラスプリズム２は、その三角柱形状として３つの側面２ａ，２ｂ，２ｃを有するが、側面２ａ，２ｂは光学経路上に偏光ビームスプリッタ１が配置された際に入射面又は出射面となる面である。側面２ｃは、他方のガラスプリズム３に対向する対向面となる。
ガラスプリズム３も同様に、その三角柱形状として３つの側面３ａ，３ｂ，３ｃを有するが、側面３ａ，３ｂは光学経路上に偏光ビームスプリッタ１が配置された際に入射面又は出射面となり、側面３ｃは、ガラスプリズム２に対向する対向面となる。
以下、説明上、側面２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは、形成される光路に応じて入射面又は出射面と呼び、側面２ｃ、３ｃは対向面と呼ぶ。
【００１８】
ワイヤグリッド偏光分離素子４は、先に図１１で述べた構造であり、即ちガラス基板４ｂの一方の面に金属格子４ｃが所定ピッチで設けられて、金属格子構造面４ａが形成される構造となる。
【００１９】
そして図１に示すように、偏光ビームスプリッタ１は、２つの三角柱のガラスプリズム２，３の間にワイヤグリッドワイヤグリッド偏光分離素子４を配置する。
このとき、ワイヤグリッド偏光分離素子４のガラス基板４ｂは、接着剤によりガラスプリズム２の対向面２ｃに接着固定される。
一方、ワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａは、他方のガラスプリズム３の対向面３ｃに対して、エアギャップ（空気層）６を介して対向する状態となる。つまり金属格子構造面４ａ側は接着されない。
【００２０】
このようにガラスプリズム２，３間にエアギャップ６とワイヤグリッド偏光分離素子４が配置された偏光ビームスプリッタ１の動作を図２で説明する。
図２（ａ）に示すように、ガラスプリズム２の入射面２ａから光が入射されるとする。入射光はＰ偏光とＳ偏光を有する。
入射光はまず、ガラスプリズム２に入射し、次に、ガラスプリズム２とワイヤグリッド偏光分離素子４の接着面に入射する。次に、ワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａに光が入射するが、金属格子構造面４ａに対してＳ偏光は反射し、Ｐ偏光は透過する。
その後図２（ｂ）に示すように、Ｓ偏光は、再びガラスプリズム２に入り、出射面２ｂより出射される。一方Ｐ偏光は、エアギャップ６に入射した後、他方のガラスプリズム３に入る。そしてガラスプリズム３に入射後、これを透過し、出射面３ａより出射される。
【００２１】
このような偏光ビームスプリッタ１の場合、ワイヤグリッド偏光分離素子４がガラスプリズム２，３に挟まれる位置に配置されるが、金属格子構造面４ａ側は、エアギャップ６が形成される構造となり、金属格子構造面４ａを接着剤でガラスプリズム３に接着するものではないため、金属格子４ｃが接着剤により破壊されてしまうことは起こり得ない。また金属格子構造面４ａ側は屈折率が１であるエアギャップ６となることから、ワイヤグリッド偏光分離素子４としての本来の偏光分離性能を発揮できる。従って高性能の偏光ビームスプリッタを実現できる。
【００２２】
図１で説明したように、ガラスプリズム２、３の間にエアギャップ６を形成した状態でワイヤグリッド偏光分離素子４を配置するための構造例を図３，図４で説明する。
図３は固定プレート７を用いる例である。
図のように、ガラスプリズム２、３の上面及び下面を固定プレート７、７で接着固定される。このように固定プレート７、７でガラスプリズム２、３を固定することで、上記のようにエアギャップ６を形成した偏光ビームスプリッタ１を実現できる。固定プレート７のサイズや形状は限定されず、ガラスプリズム２，３の上面及び下面を固定できるものであればよい。
【００２３】
図４はスペーサ８を用いる例である。
図のように、ガラスプリズム２の対向面２ｃ上に接着されたワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａの端部と、ガラスプリズム３の対向面３ｃの端部とを、スペーサ８、８を介在させる状態で接着固定する。もちろんスペーサ８を接着する端部とは、金属格子構造面４ａ上で光が入射しない部位とする。
スペーサ８は対向面３ｃに対して、その面の４辺上で囲むように形成しても良いし、少なくとも２辺に設けられても良い。
【００２４】
例えば以上の図３又は図４のように構成することで、本例のビームスプリッタ１を実現できる。
なお、図４のようにスペーサ８を用いた上で、さらにガラスプリズム２，３の上面及び下面を固定プレート７で固定するという構造であってもよい。
【００２５】
図５は、偏光ビームスプリッタ１の他の構成例を示している。
上記図１〜図４で説明した偏光ビームスプリッタ１は、ワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａへの入射角度が４５度となる構造例で説明していたが、図５に示すように入射角度が４５度から外れる構造も考えられる。
図５（ａ）は、入射角θが４５度より大きくなる構造例、図５（ｂ）は入射角θが４５度より小さくなる構造例をそれぞれ示している。
即ちガラスプリズム２，３としての三角柱の断面形状は任意であり、必要な光路や入射角を形成するために所要の形状とされればよい。
なお、ワイヤグリッド偏光分離素子４は、入射角度に対してＰ／Ｓ分光分離特性が殆ど変化しないという特性を有するため、偏光ビームスプリッタ１に要求される入射光路、出射光路に応じてガラスプリズム２，３の形状を決めても、分離特性が悪化することはない。
【００２６】
図６は、ワイヤグリッド偏光分離素子４を２つ設けた構成例である。
即ち図６（ａ）に示すように、ガラスプリズム２の対向面２ｃにワイヤグリッド偏光分離素子４が接着されるとともに、ガラスプリズム３の対向面３ｃにもワイヤグリッド偏光分離素子４が接着される。そして、相対するワイヤグリッド偏光分離素子４、４の間（金属格子構造面４ａ，４ａ間）は、エアギャップ６が形成される。
このとき、各ワイヤグリッド偏光分離素子４、４の金属格子４ｃの溝方向は同じとする。
なお、この図６（ａ）のような配置の偏光ビームスプリッタ１も、図３のように固定プレート７を利用したり、図４のようにスペーサ８を利用することで実現できる。
【００２７】
この図６（ａ）のようにワイヤグリッド偏光分離素子４を２つ配することで、偏光分離特性をさらに向上させることができる。即ち図６（ｂ）に示すように、例えば入射面２ａから入射された光は、まずガラスプリズム２に接着されたワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａでＳ偏光が反射され、Ｐ偏光が透過されるが、僅かなＳ偏光成分は透過してしまう。その透過したＳ偏光成分も、次にガラスプリズム３側に接着されたワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａに入射するため、破線で示すように反射される。
つまり２つのワイヤグリッド偏光分離素子４、４で偏光選択を２回行うことにより、偏光分離特性を向上させることができる。
【００２８】
以上、偏光ビームスプリッタ１の各種構成例を述べたが、実際の構成例はさらに多様に考えられる。
偏光ビームスプリッタ１に用いるワイヤグリッド偏光分離素子４は，金属格子４ｃの周期を１２０ｎｍ以下，金属格子４ｃの高さを１８０ｎｍ程度とすることが望ましい。
また、ガラスプリズム２，３は、必ずしも三角柱プリズムである必要はない。もちろん、三角柱であっても面取りがなされることで、正確に三角柱でなくなる場合もあるし、或いは４角柱以上の多角柱形状とされる場合も考えられる。あくまでも、偏光ビームスプリッタ１に求められる偏光光路形成に求められる形状とされればよい。
またガラスプリズム２，３は、部材ガラスの光弾性係数が０．５×１０-8［ｃｍ2/N］以下であると、ガラスの複屈折の影響を受けない。
またガラスプリズム２，３の入射面／出射面（２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ）に界面反射を減少させるためのコーティングを施すことなども考えられる。
【００２９】
＜反射型液晶プロジェクタ装置＞
続いて、上述してきた偏光ビームスプリッタ１を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を説明していく。
【００３０】
図７は、反射型液晶パネル１３にＰ偏光が入射する例として光学系の基本構成を示している。偏光ビームスプリッタ１はガラスプリズム２側にワイヤグリッド偏光分離素子４が接着されている構造としている。
光源（放電ランプ）１０から出射される光は、反射鏡１１により集光され、略平行光の光束とされる。そして照明光学系１２を介して偏光ビームスプリッタ１の入射面３ａに入射される。そして入射面３ａから偏光ビームスプリッタ１のガラスプリズム３に入射した光は、対向面３ｃからエアギャップ６に達し、その後ワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａで偏光分離されることで、Ｐ偏光のみがガラスプリズム２側に入射する。そして、そのＰ偏光は、出射面２ａから出射され、反射型液晶パネル１３に集光照明する。
反射型液晶パネル１３には映像信号Ｓｖが印加される。印加される映像信号Ｓｖに従い、反射型液晶パネル１３は、内部の液晶に電界を印加する。液晶分子の配列は、印加電界により変化する。この液晶分子の配列により、旋光性のため、入射光は偏光回転して出射される。
このパネル出射光のＳ偏光は、映像信号Ｓｖに応じた光学像とされるが、再度偏光ビームスプリッタ１に入射面２ａから入射する。そしてガラスプリズム２を通過してワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａに達し、ここでＳ偏光のみが反射されて出射面２ｂから投影レンズ１４に向かう。
投影レンズ１４は、反射型液晶パネル１３で形成された光学像を投影出力する。これにより映像が拡大投影表示される。
【００３１】
次に図８は、反射型液晶パネル１３にＳ偏光が入射する例として光学系の基本構成を示している。上記図７と同様に、偏光ビームスプリッタ１はガラスプリズム２側にワイヤグリッド偏光分離素子４が接着されている構造としている。
光源１０から出射される光は、反射鏡１１により集光され、略平行光の光束とされ、照明光学系１２を介して偏光ビームスプリッタ１の入射面２ａに入射される。
そして入射面２ａから偏光ビームスプリッタ１のガラスプリズム２に入射した光は、ワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａで偏光分離されることで、Ｐ偏光はそのままエアギャップ６を通ってガラスプリズム３側に達し、一方Ｓ偏光は反射されて出射面２ｂから出射され、反射型液晶パネル１３に集光照明する。
映像信号Ｓｖが印加されている反射型液晶パネル１３で偏光回転して出射されたパネル出射光は、再度偏光ビームスプリッタ１に入射面２ｂから入射する。そしてガラスプリズム２を通過してワイヤグリッド偏光分離素子４の金属格子構造面４ａに達し、ここでＰ偏光のみが透過されて投影レンズ１４に向かう。投影レンズ１４は、反射型液晶パネル１３で形成された光学像を投影出力する。これにより映像が拡大投影表示される。
【００３２】
このように反射型液晶パネル１３に、Ｓ偏光が入射するようにしてもよい。なお、この場合、偏光ビームスプリッタ１のエアギャップ６のため、投影レンズ１４によって拡大投影される際に非点収差が発生するが、エアギャップ６としてのギャップのサイズ（ギャップ幅）をできるだけ小さくすることで、実用上問題とはならない。
【００３３】
次に図９で、偏光ビームスプリッタ１及び液晶パネル１３を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応してそれぞれ３個用いた反射型液晶プロジェクタ装置の光学系の例を説明する。
偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂは、上記図７，図８の偏光ビームスプリッタ１と同様の構成としている。
また、液晶パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂには、それぞれＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号としての映像信号が供給されている。
【００３４】
光源１０から出射され、反射鏡１１で略平行光の光束とされた白色光は、レンズ１９を介してまずダイクロイックミラー１６に達し、ダイクロイックミラー１６によってＢ光のみが透過され、Ｒ光及びＧ光は反射される。
Ｒ光及びＧ光は、次にダイクロイックミラー１７に達し、Ｒ光が透過されＧ光が反射される。
ダイクロイックミラー１６，１７でＲＧＢの三原色に分解されたそれぞれの光は、各偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに入射する。
また偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの金属格子構造面４ａに対してのＰ偏光が入射する位置に、反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが設置されている。つまり反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３ＢにはＰ偏光が入射する配置状態とされる。
【００３５】
まずダイクロイックミラー１７を透過したＲ光は、偏光ビームスプリッタ１Ｒにおいて、そのワイヤグリッド偏光分離素子４により偏光分離され、Ｐ偏光のみが透過されて反射型液晶パネル１３Ｒに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＲはＲ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＲでＳ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
ダイクロイックミラー１７で反射されたＧ光は、偏光ビームスプリッタ１Ｇにおいて偏光分離され、Ｐ偏光のみが透過されて反射型液晶パネル１３Ｇに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＧはＧ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＧでＳ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
ダイクロイックミラー１６を透過したＢ光は、ミラー１８で反射された後、偏光ビームスプリッタ１Ｂにおいて偏光分離され、Ｐ偏光のみが透過されて反射型液晶パネル１３Ｂに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＢはＢ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＢでＳ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
【００３６】
色合成プリズム１５においては、入射されたＲ、Ｇ、Ｂ各光が合成され、同方向に出射される。そして投影レンズ１４によって、カラー映像として拡大投影されることになる。
【００３７】
次に図１０も、偏光ビームスプリッタ１及び液晶パネル１３を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応してそれぞれ３個用いた反射型液晶プロジェクタ装置の光学系の例であるが、これは液晶パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３ＢにはＳ偏光が入射する構成としている。
【００３８】
光源１０、反射鏡１１、レンズ１９、ダイクロイックミラー１６、１７、ミラー１８による光学系は上記図９と同様である。
ダイクロイックミラー１６，１７でＲＧＢの三原色に分解されたそれぞれの光は、各偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに入射するが、この場合、偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの金属格子構造面４ａに対してのＳ偏光が入射する位置に、反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが設置されている。
【００３９】
そしてダイクロイックミラー１７を透過したＲ光は、偏光ビームスプリッタ１Ｒにおいて偏光分離され、Ｓ偏光のみが反射されて反射型液晶パネル１３Ｒに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＲはＲ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＲでＰ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
ダイクロイックミラー１７で反射されたＧ光は、偏光ビームスプリッタ１Ｇにおいて偏光分離され、Ｓ偏光のみが反射されて反射型液晶パネル１３Ｇに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＧはＧ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＧでＰ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
ダイクロイックミラー１６を透過したＢ光は、ミラー１８で反射された後、偏光ビームスプリッタ１Ｂにおいて偏光分離され、Ｓ偏光のみが反射されて反射型液晶パネル１３Ｂに入射される。そして反射型液晶パネル１３ＢはＢ映像信号の印加によって、入射光を変調出射させるが、そのパネル出射光は偏光ビームスプリッタ１ＢでＰ偏光が選択されて色合成プリズム１５に入射される。
色合成プリズム１５においては、入射されたＲ、Ｇ、Ｂ各光が合成され、同方向に出射される。そして投影レンズ１４によって、カラー映像として拡大投影される。
【００４０】
この構成の場合、各偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂにおけるエアギャップ６のため、投影レンズ１４によって拡大投影される際に非点収差が発生する。これにより図９の構成の場合に比べて映像品質は劣化するが、エアギャップ６のギャップ幅が小さければさほどの劣化とはならない。
また、この図１０の構成では、反射型液晶パネルの配置位置、特に反射型液晶パネル１３Ｒと１３Ｂの配置位置が、投影レンズ１４から離せるので、光学系の構成に余裕がある利点を有する。
一般に、投影レンズ１４から液晶パネル１３までの距離をバックフォーカスといい、このバックフォーカスが短いほど小型の投影レンズを使用できるため小型化やコストダウンに有利である。上記図９の構成の場合においてバックフォーカスを短くするには、反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｂを投影レンズ１４になるべく近い位置に配置したいが、実際の光学系アライメント上、位置的に困難になる場合がある。これに対して図１０のような構成によれば、反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｂは投影レンズ１４との位置関係でアライメントが困難になることはないものである。
【００４１】
以上、液晶プロジェクタ装置の光学系の構成例を図７〜図１０で説明してきたが、上述した構成の偏光ビームスプリッタ１を利用することで、高性能な偏光分離性能が得られ、これにより、高効率で明るく、高品質な画像を投影表示する反射型液晶プロジェクタ光学系を実現できる。
また、ワイヤグリッド偏光分離素子４は波長選択性がないという特徴も備えるため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に対応する偏光ビームスプリッタ１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとしては共通の偏光ビームスプリッタ素子を利用でき、それにより製造効率やコストダウンなどにも都合が良い。
なお、液晶プロジェクタ装置で用いる偏光ビームスプリッタ１、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂとしては、その光学系の設計に応じて、図１〜図６で説明した各種構成例のものを採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態の偏光ビームスプリッタの基本構造の説明図である。
【図２】実施の形態の偏光ビームスプリッタの偏光分離動作の説明図である。
【図３】実施の形態の偏光ビームスプリッタの構造の説明図である。
【図４】実施の形態の偏光ビームスプリッタの構造の他の例の説明図である。
【図５】実施の形態の偏光ビームスプリッタのガラスプリズム形状の他の例の説明図である。
【図６】実施の形態の２つのワイヤグリッド偏光分離素子を用いた偏光ビームスプリッタの説明図である。
【図７】実施の形態の液晶プロジェクタ装置の光学系例の説明図である。
【図８】実施の形態の液晶プロジェクタ装置の光学系例の説明図である。
【図９】実施の形態の液晶プロジェクタ装置の光学系例の説明図である。
【図１０】実施の形態の液晶プロジェクタ装置の光学系例の説明図である。
【図１１】ワイヤグリッド偏光分離素子の説明図である。
【図１２】従来の液晶プロジェクタ装置の光学系の説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ  偏光ビームスプリッタ、２，３  ガラスプリズム、４  ワイヤグリッド偏光分離素子、４ａ  金属格子構造面、６  エアギャップ、７  固定プレート、８  スペーサ、１３，１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ  反射型液晶パネル、１４  投影レンズ、１５  色合成プリズム、１６，１７  ダイクロイックミラー
【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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