(57)【要約】【課題】波長の異なる複数の光線の合成と偏光変換を同時に行うシート状の光学素子、および、この光学素子を用いたカラー液晶表示装置に好適な薄型で光の利用効率が高い光源装置を提供する。【解決手段】複数並んだ三角プリズム２と、各三角プリズム２の第１の面と平行に配置された第１のバンドパスミラー３ａと、各三角プリズム２の第２の面と平行に配置された第２のバンドパスミラー３ｂと、各三角プリズム２の第３の面の側に位置し、入射する光線を偏光方向に応じて透過または反射させる偏光分離膜６ａ、６ｂと、各バンドパスミラーと偏光分離膜との間に配置された位相差板４ａ、４ｂとを備え、波長の異なる複数の光線の合成と偏光変換を同時に行う光学素子１の構成とした。また、この光学素子と第１第２の光源とを備える光源装置の構成とした。【選択図】図１
2011090036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面とが斜面であり、第３の面が底面であり、断面が二等辺三角形をなす複数並んだ三角プリズムと、
前記各三角プリズムの第１の面と平行に配置された第１のバンドパスミラーと、
前記各三角プリズムの第２の面と平行に配置された第２のバンドパスミラーと、
前記各三角プリズムの前記第３の面の側に位置し、入射する光線をその偏光方向に応じて透過または反射させる偏光分離部材と、
前記各バンドパスミラーと前記偏光分離部材との間に配置された位相差板と、を備え、
前記第１のバンドパスミラーは、第１の光線を透過し、該第１の光線と波長の異なる第２の光線を反射し、
前記第２のバンドパスミラーは、前記第２の光線を透過し、前記第１の光線を反射し、
前記第１のバンドパスミラーを透過して前記第１の面から前記各三角プリズムに入射した光線が、前記第２の面で反射した後に前記第３の面から出射して前記偏光分離部材に入射し、一方の偏光光線が前記偏光分離部材を透過して外部に出射し、他方の偏光光線が前記偏光分離部材を反射し、前記三角プリズムに前記第３の面から入射して前記第１の面で反射した後に前記第２のバンドパスミラーで反射し、前記第１の面で再度反射した後に前記第３の面から出射して前記偏光分離部材に入射するとともに、途中、前記位相差板により前記他方の偏光光線から前記一方の偏光光線に変換され、前記偏光分離部材を透過して外部に出射し、
前記第２のバンドパスミラーを透過して前記第２の面から前記各三角プリズムに入射した光線が、前記第１の面で反射した後に前記第３の面から出射して前記偏光分離部材に入射し、一方の偏光光線が前記偏光分離部材を透過して外部に出射し、他方の偏光光線が前記偏光分離部材を反射し、前記三角プリズムに前記第３の面から入射して前記第２の面で反射した後に前記第１のバンドパスミラーで反射し、前記第２の面で再度反射した後に前記第３の面から出射して前記偏光分離部材に入射するとともに、途中、前記位相差板により前記他方の偏光光線から前記一方の偏光光線に変換され、前記偏光分離部材を透過して外部に出射するように、前記各三角プリズムに対して前記偏光分離部材が配置された
ことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記位相差板は、前記バンドパスミラーと前記三角プリズムとの間に配置された
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記位相差板は、前記三角プリズムと前記偏光分離部材との間に配置された
ことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記偏光分離部材として偏光分離膜を備えた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記偏光分離部材として反射型偏光素子を備えた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記各三角プリズムと前記偏光分離部材との間に配置された偏向プリズムを備えた
ことを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の光学素子と、
前記第１の光線を出射する第１の光源と、
前記第２の光線を出射する第２の光源と、を備える
ことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の異なる複数の光線の合成と偏光変換を同時に行う光学素子、および、その光学素子を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、波長の異なる複数の光線を合成し、且つ、直線偏光に変換する光学素子として、様々な構成が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、発光ダイオード、ダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタが、順次重ね合わされて発光ダイオードユニットを形成し、発光色の異なる２種類の発光ダイオードによる二つの発光ダイオードユニットを一組として、一方の偏光光に統一された２種類の発光色の光が出射される光源装置が記載されている。
【０００４】
以下、特許文献１の従来の光源装置の概略を図１３によって説明する。図１３において、光源装置を構成する発光ダイオードユニット１００は、緑色光を発する発光ダイオード１０１、赤色光を発する発光ダイオード１０２と、発光ダイオード１０１の出射側に設けられた緑色光を透過し赤色光および青色光を反射するダイクロイックミラー１１１と、発光ダイオード１０２の出射側に設けられた赤色光を透過し緑色光および青色光を反射するダイクロイックミラー１１２と、この二つのダイクロイックミラー１１１、１１２のそれぞれの出射側に設けられた二つの１／４波長板１２１、１２２と、１／４波長板１２１、１２２のそれぞれの出射側に設けられ、その偏光分離面１４１、１４２がＰ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する二つの偏光ビームスプリッタ１３１、１３２と、が設けられている。
【０００５】
この二つの偏光ビームスプリッタ１３１、１３２の一方の偏光ビームスプリッタ１３１の反射面と他方の偏光ビームスプリッタ１３２の反射面は、９０度の角度で対向して配置されている。これにより、偏光分離面１４１および偏光分離面１４２は出射光と４５度となるように設けられている。
【０００６】
次に、従来の光源装置の発光ダイオードユニット１００の作用を図１３によって説明する。図１３において、緑色光の発光ダイオード１０１から発光された無偏光な光線Ｇ１０は、ダイクロイックミラー１１１を透過し、次に１／４波長板１２１を透過する。ここで、無偏光な光線Ｇ１０が１／４波長板１２１を通過しても、偏光成分は無偏光なままである。その後、光線Ｇ１０は偏光ビームスプリッタ１３１の偏光分離面１４１に達し、ここでＰ偏光光とＳ偏光光とに分離が行われる。
【０００７】
ここでは、偏光分離面１４１は光線Ｇ１０のＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射する特性を有している。従ってＰ偏光光Ｇ１１はそのまま偏光ビームスプリッタ１３１内を直進し、光源装置の出射光となる。一方、偏光分離面１４１で反射されたＳ偏光光Ｇ１２は、偏光ビームスプリッタ１３２の偏光分離面１４２へ達する。ここでは、偏光分離面１４２もＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射するように構成されているので、Ｓ偏光光Ｇ１２は反射されて赤色光の発光ダイオード１０２の方向に向けて進行し、偏光ビームスプリッタ１３２を出たあと、１／４波長板１２２を透過する。
【０００８】
ここでＳ偏光光Ｇ１２は、円偏光光Ｇ１３に変換されてダイクロイックミラー１１２に達する。そして、緑色光である円偏光光Ｇ１３は反射され、再度１／４波長板１２２を通過して偏光変換されてＰ偏光光Ｇ１４となって偏光分離面１４２に達する。偏光分離面１
４２はＰ偏光光は透過しＳ偏光光は反射する特性を有しているので、Ｐ偏光光Ｇ１４は偏光分離面１４２を透過して光源装置の出射光となる。
【０００９】
また、赤色光の発光ダイオード１０２から発光された無偏光な光線Ｒ１０も、緑色光と同様な作用によってＰ偏光光Ｒ１１とＲ１４に偏光変換されて赤色光の出射光となる。これにより、発光ダイオードから出射される無偏光のほんど全てをＰ偏光光として光源装置から射出することが出来るので、光利用効率の高い光源装置を構成できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５―２０２２１０号公報（第６頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１の光源装置の発光ダイオードユニット１００の構成は、発光ダイオードと、その光軸上にダイクロイックミラー、１／４波長板、偏光ビームスプリッタがユニットの厚み方向に重ねて配置され、且つ、発光ダイオードからの光線Ｇ１０、Ｒ１０は、ユニットに対して垂直に入射し、垂直に出射するので、光源装置の薄型化を実現することは困難である。また、偏光ビームスプリッタ１３１、１３２の偏光分離面１４１、１４２は、前述したように出射面に対して４５度の角度を有するので、偏光ビームスプリッタは、出射光の出射幅と同等の厚みが必要であり、この条件によって光源装置の薄型化は更に困難である。
【００１２】
また、偏光ビームスプリッタを含めた発光ダイオードユニット１００の形状を小さくして、出射光の出射幅を狭くすれば、それに応じて偏光ビームスプリッタの厚みが薄くなるので、光源装置の厚みをある程度薄くできるが、出射光の出射幅を狭くすることは、発光ダイオードを搭載した発光ダイオードユニット１００の数量を大幅に増やす結果となり、製造コストのアップや発光ダイオードの駆動電力の増加を招き、現実的ではない。しかし、液晶表示装置等に用いられる光源装置は、近年、薄型化の要求が強く、特に携帯電話等の表示装置向け光源装置では、更なる薄型化の要求は極めて強い。
【００１３】
本発明の目的は上記課題を解決し、波長の異なる複数の光線の合成と偏光変換を同時に行うシート状の光学素子、および、この光学素子を用いてカラー液晶表示装置に好適な薄型で光の利用効率が高い光源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子および光源装置は、下記記載の構成を採用する。
【００１５】
本発明の光学素子は、第１の面と第２の面とが斜面であり、第３の面が底面であり、断面が二等辺三角形をなす複数並んだ三角プリズムと、各三角プリズムの第１の面と平行に配置された第１のバンドパスミラーと、各三角プリズムの第２の面と平行に配置された第２のバンドパスミラーと、各三角プリズムの第３の面の側に位置し、入射する光線をその偏光方向に応じて透過または反射させる偏光分離部材と、各バンドパスミラーと偏光分離部材との間に配置された位相差板と、を備え、第１のバンドパスミラーは、第１の光線を透過し、該第１の光線と波長の異なる第２の光線を反射し、第２のバンドパスミラーは、第２の光線を透過し、第１の光線を反射し、第１のバンドパスミラーを透過して第１の面から各三角プリズムに入射した光線が、第２の面で反射した後に第３の面から出射して偏光分離部材に入射し、一方の偏光光線が偏光分離部材を透過して外部に出射し、他方の偏
光光線が偏光分離部材を反射し、三角プリズムに第３の面から入射して第１の面で反射した後に第２のバンドパスミラーで反射し、第１の面で再度反射した後に第３の面から出射して偏光分離部材に入射するとともに、途中、位相差板により他方の偏光光線から一方の偏光光線に変換され、偏光分離部材を透過して外部に出射し、第２のバンドパスミラーを透過して第２の面から各三角プリズムに入射した光線が、第１の面で反射した後に第３の面から出射して偏光分離部材に入射し、一方の偏光光線が偏光分離部材を透過して外部に出射し、他方の偏光光線が偏光分離部材を反射し、三角プリズムに第３の面から入射して第２の面で反射した後に第１のバンドパスミラーで反射し、第２の面で再度反射した後に第３の面から出射して偏光分離部材に入射するとともに、途中、位相差板により他方の偏光光線から一方の偏光光線に変換され、偏光分離部材を透過して外部に出射するように、各三角プリズムに対して偏光分離部材が配置されたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光学素子は、前述した構成に加えて、位相差板は、バンドパスミラーと三角プリズムとの間に配置されたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光学素子は、前述した構成に加えて、位相差板は、三角プリズムと偏光分離部材との間に配置されたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の光学素子は、前述した構成に加えて、偏光分離部材として偏光分離膜を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の光学素子は、前述した構成に加えて、偏光分離部材として反射型偏光素子を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の光学素子は、前述した構成に加えて、各三角プリズムと偏光分離部材との間に配置された偏向プリズムを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光源装置は、前述した光学素子と第１の光線を出射する第１の光源と、
第２の光線を出射する第２の光源と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光学素子は、波長の異なる二つの光線の合成と偏光変換を三角プリズムと偏光分離部材によって同時に行うので、光学素子の部品点数を削減することが出来る。また、三角プリズムを複数並べてシート状に形成することで、光学素子の薄型化を容易に実現することが出来る。また、三角プリズムを複数並べることで入射光線が偏光変換される領域が連続するため、遮光領域が存在せず光の利用効率が極めて高い。また、本発明の光学素子と複数の光源を用いることで、カラー液晶表示装置に好適な薄型で光の利用効率が高い光源装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例１を示す説明図である。
【図２】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例１の青色光の作用を示す説明図である。
【図３】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例１の黄色光の作用を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例２を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例２の青色光の作用を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１に係わる光学素子の構成例２の黄色光の作用を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例２に係わる光学素子の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の実施例２に係わる光学素子の青色光の作用を示す説明図である。
【図９】本発明の実施例２に係わる光学素子の黄色光の作用を示す説明図である。
【図１０】本発明の光学素子の入射光線領域と出射光線領域の説明図である。
【図１１】本発明の実施例３に係わる二つの光線を合成する光源装置の説明図である。
【図１２】本発明の実施例４に係わる四つの光線を合成する光源装置の説明図である。
【図１３】従来の光源装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下図面に基づいて本発明の光学素子および光源装置の具体的な実施の形態を詳述する。
【００２５】
［実施例１の光学素子の構成例１の構成説明：図１］
まず、本発明の実施例１の光学素子の構成例１を図１によって説明する。尚、実施例１の構成例１の特徴は、偏光分離部材として偏光分離膜を用い、バンドパスミラーと位相差板が三角プリズムから離れた位置に配置されていることである。図１において、実施例１の構成例１の光学素子１は、断面が二等辺三角形を成す三角プリズム２を複数備える。尚、三角プリズム２は複数並べてシート状に配置されるが、図１では三角プリズム２が２つ並んだ構成を示している。
【００２６】
この三角プリズム２は、第１の面２ａと第２の面２ｂとが斜面であり、第３の面２ｃが底面である。三角プリズム２は、例えば、屈折率が１．４〜１．８程度の樹脂またはガラスなどの透明な材質で形成される。
【００２７】
また、各三角プリズム２の第１の面２ａと平行に第１のバンドパスミラー３ａが配置され、各三角プリズム２の第２の面２ｂと平行に第２のバンドパスミラー３ｂが配置される。ここで、第１のバンドパスミラー３ａは、第１の光線を透過して第１の光線と波長が異なる第２の光線を反射し、第２のバンドパスミラー３ｂは、第２の光線を透過して第１の光線を反射する機能を備えている。
【００２８】
また、各三角プリズム２の第１の面２ａと第１のバンドパスミラー３ａの間には、位相差板４ａが配置され、各三角プリズム２の第２の面２ｂと第２のバンドパスミラー３ｂの間には、同様に位相差板４ｂが配置される。これらの位相差板４ａ、４ｂは、例えば１／４波長板である。尚、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂと位相差板４ａ、４ｂは、各三角プリズム２の第１第２の面２ａ、２ｂに対応して複数配置されているが、各三角プリズム２から離した位置に、第１第２の面２ａ、２ｂに対応してそれぞれ１枚ずつ配置しても良い。
【００２９】
また、三角プリズム２の第３の面２ｃの側には、所定の角度で対向する反射面を備えたガラス部材５が配置され、その対向する反射面には、入射する光線をその偏光方向に応じて透過または反射させる偏光分離部材としての偏光分離膜６ａ、６ｂが形成される。以上の構成によって、第１のバンドパスミラー３ａ、第２のバンドパスミラー３ｂと偏光分離膜６ａ、６ｂとの間に、それぞれ位相差板４ａ、４ｂが配置される構造となる。ここで、偏光分離膜６ａ、６ｂは、入射する光線のＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射する制御を行う。
【００３０】
［実施例１の光学素子の構成例１の青色光入射の作用説明：図２］
次に、実施例１の構成例１の光学素子１における入射光の偏光変換の作用を図２と図３によって説明する。ここで、本発明の光学素子は、波長の異なる第１の光線と第２の光線を入射し、合成と偏光変換を同時に行うことが出来る特徴を備えているが、ここでは一例
として、第１の光線は青色光であり、第２の光線は黄色光である補色関係の光線として説明する。また、光学素子１は、前述したように三角プリズム２を複数並べてシート状に配置されているが、ここでは説明を分かりやすくするために、ひとつの三角プリズム２によって偏光変換の作用を説明する。
【００３１】
まず、実施例１の構成例１の光学素子１に第１の光線として無偏光の青色光Ｂ１が入射した場合の偏光変換の作用を図２によって説明する。図２において、第１の光線である無偏光の青色光Ｂ１は、まず、図面上左側の第１のバンドパスミラー３ａに入射して透過し、次に位相差板４ａを透過する。ここで、青色光Ｂ１は無偏光であるので、位相差板４ａを透過しても無偏光状態のまま三角プリズム２の第１の面２ａから各三角プリズム２に入射する。第１の面２ａから入射した青色光Ｂ１は、第２の面２ｂに到達する。このときの青色光Ｂ１の入射角は、第２の面２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ１は第２の面２ｂで全反射して第３の面２ｃから三角プリズム２より出射する。
【００３２】
三角プリズム２の第３の面２ｃより出射した青色光Ｂ１は、偏光分離部材の一方の偏光分離膜６ｂに到達する。偏光分離膜６ｂに到達した青色光Ｂ１は、Ｐ偏光の青色光Ｂ１ｐ（破線）は透過して直進し、光学素子１の外部に出射する。また、Ｓ偏光の青色光Ｂ１ｓ（一点鎖線）は、偏光分離膜６ｂで反射して他方の偏光分離膜６ａに向かい、他方の偏光分離膜６ａで同様に再度反射した後、第３の面２ｃから再び三角プリズム２に入射する。
【００３３】
第３の面２ｃから入射したＳ偏光の青色光Ｂ１ｓは、第１の面２ａに到達する。このときのＳ偏光の青色光Ｂ１ｓの入射角は、第１の面２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、Ｓ偏光の青色光Ｂ１ｓは第１の面２ａで全反射して第２の面２ｂに到達する。第２の面２ｂに到達したＳ偏光の青色光Ｂ１ｓは、第２の面２ｂの法線に対して臨界角を越えない角度で入射するため、第２の面２ｂを透過して三角プリズム２から出射する。
【００３４】
次に、三角プリズム２から出射したＳ偏光の青色光Ｂ１ｓは、位相差板４ｂを透過し、円偏光の青色光Ｂ２に変換されて第２のバンドパスミラー３ｂに到達する。ここで、第２のバンドパスミラー３ｂは、第１の光線である青色光を反射するので、円偏光の青色光Ｂ２は反射されて再び位相差板４ｂを通過する。位相差板４ｂを通過した円偏光の青色光Ｂ２は、Ｐ偏光の青色光Ｂ２ｐ（破線）に変換されて、再び三角プリズム２の第２の面２ｂに到達する。これは、Ｓ偏光の青色光Ｂ１ｓが１／４波長板である位相差板４ｂを２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００３５】
三角プリズム２の第２の面２ｂに到達に到達したＰ偏光の青色光Ｂ２ｐは、三角プリズム２に入射して再び、第１の面２ａに到達する。このときのＰ偏光の青色光Ｂ２ｐの入射角は、第１の面２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、Ｐ偏光の青色光Ｂ２ｐは第１の面２ａで全反射して第３の面２ｃから三角プリズム２より出射する。
【００３６】
三角プリズム２の第３の面２ｃより出射したＰ偏光の青色光Ｂ２ｐは、偏光分離部材の他方の偏光分離膜６ａに到達する。ここで、偏光分離膜６ａはＰ偏光を透過するので、偏光分離膜６ａに到達したＰ偏光の青色光Ｂ２ｐは透過して直進し、光学素子１の外部に出射する。このように、実施例１の構成例１の光学素子１に入射した無偏光の青色光Ｂ１は、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の青色光Ｂ１ｐとＢ２ｐ）となって光学素子１から出射される。
【００３７】
［実施例１の光学素子の構成例１の黄色光入射の作用説明：図３］
次に、光学素子１に第２の光線として無偏光の黄色光が入射した場合の偏光変換の作用を図３によって説明する。図３において、第２の光線である無偏光の黄色光Ｙ１は、まず、図面上右側の第２のバンドパスミラー３ｂに入射して透過し、次に位相差板４ｂを透過する。ここで、黄色光Ｙ１は無偏光であるので、位相差板４ｂを透過しても無偏光状態のまま三角プリズム２の第２の面２ｂから各三角プリズム２に入射する。第２の面２ｂから入射した黄色光Ｙ１は、第１の面２ａに到達する。このときの黄色光Ｙ１の入射角は、第１の面２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ１は第１の面２ａで全反射して第３の面２ｃから三角プリズム２より出射する。
【００３８】
三角プリズム２の第３の面２ｃより出射した黄色光Ｙ１は、偏光分離部材の一方の偏光分離膜６ａに到達する。偏光分離膜６ａに到達した黄色光Ｙ１は、Ｐ偏光の黄色光Ｙ１ｐ（破線）は透過して直進し、光学素子１の外部に出射する。また、Ｓ偏光の黄色光Ｙ１ｓ（一点鎖線）は、偏光分離膜６ａで反射して他方の偏光分離膜６ｂに向かい、他方の偏光分離膜６ｂで同様に再度反射した後、第３の面２ｃから再び三角プリズム２に入射する。
【００３９】
第３の面２ｃから入射したＳ偏光の黄色光Ｙ１ｓは、第２の面２ｂに到達する。このときのＳ偏光の黄色光Ｙ１ｓの入射角は、第２の面２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、Ｓ偏光の黄色光Ｙ１ｓは第２の面２ｂで全反射して第１の面２ａに到達する。第１の面２ａに到達したＳ偏光の黄色光Ｙ１ｓは、第１の面２ａの法線に対して臨界角を越えない角度で入射するため、第１の面２ａを透過して三角プリズム２から出射する。
【００４０】
次に、三角プリズム２から出射したＳ偏光の黄色光Ｙ１ｓは、位相差板４ａを透過し、円偏光の黄色光Ｙ２に変換されて第１のバンドパスミラー３ａに到達する。ここで、第１のバンドパスミラー３ａは、第２の光線である黄色光を反射するので、円偏光の黄色光Ｙ２は反射されて再び位相差板４ａを通過する。位相差板４ａを通過した円偏光の黄色光Ｙ２は、Ｐ偏光の黄色光Ｙ２ｐ（破線）に変換されて、再び三角プリズム２の第１の面２ａに到達する。これは、Ｓ偏光の黄色光Ｙ１ｓが１／４波長板である位相差板４ａを２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００４１】
三角プリズム２の第１の面２ａに到達に到達したＰ偏光の黄色光Ｙ２ｐは、三角プリズム２に入射して再び、第２の面２ｂに到達する。このときのＰ偏光の黄色光Ｙ２ｐの入射角は、第２の面２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、Ｐ偏光の黄色光Ｙ２ｐは第２の面２ｂで全反射して第３の面２ｃから三角プリズム２より出射する。
【００４２】
三角プリズム２の第３の面２ｃより出射したＰ偏光の黄色光Ｙ２ｐは、偏光分離部材の他方の偏光分離膜６ｂに到達する。ここで、偏光分離膜６ｂはＰ偏光を透過するので、偏光分離膜６ｂに到達したＰ偏光の黄色光Ｙ２ｐは透過して直進し、光学素子１の外部に出射する。このように、実施例１の光学素子１に入射した無偏光の黄色光Ｙ１は、青色光Ｂ１と同様に、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の黄色光Ｙ１ｐとＹ２ｐ）となって光学素子１から出射される。
【００４３】
以上のように、本発明の実施例１の構成例１の光学素子１は、複数の三角プリズム２によって構成されるが、一つ一つの三角プリズム２が左側斜め方向から青色光Ｂ１を入射し、右側斜め方向から黄色光Ｙ１を入射することによって、一つの三角プリズムで波長の異なる二つの光線を合成することができる。また、二つの光線の合成と同時に、入射した二つの無偏光の光線をそれぞれＰ偏光とＳ偏光に分離後、Ｓ偏光の光はＰ偏光に偏光変換し、ほとんど全ての入射光をＰ偏光として出射するので、光利用効率の高い光学素子を実現できる。
【００４４】
また、二つの光線が青色光と黄色光のように補色関係であれば、二つの光線を合成して白色光を得ることが出来る。これにより、本発明の光学素子は、波長の異なる二つの光線の合成と変換効率に優れた偏光変換を同時に実現出来るので、カラー表示装置の光源装置として好適である。
【００４５】
また、本発明の実施例１の構成例１の光学素子１は、三角プリズム２を複数並べてシート状に形成でき、偏光分離膜６ａ、６ｂが形成されるガラス部材５もシート状に形成できるので、光学素子１の全体をシート状にして薄型の光学素子を実現することが出来る。
【００４６】
尚、第１の光線を青色光、第２の光線を黄色光として説明したが、光線の波長は限定されるものではなく、他の例として、第１の光線をシアン、第２の光線を赤色というように、補色関係にある２色の光源を用いるならば、同様に二つの光線を合成して白色光を出射することが出来る。
【００４７】
［実施例１の光学素子の構成例２の構成説明：図４］
次に、本発明の実施例１の光学素子の構成例２を図４によって説明する。尚、実施例１の構成例２の特徴は、偏光分離部材として偏光分離膜を用い、バンドパスミラーと位相差板が三角プリズムに密着し一体化した構成である。図４において、実施例１の構成例２の光学素子１０は、構成例１と同様に、断面が二等辺三角形を成す三角プリズム１２を複数備える。尚、三角プリズム１２は複数並べてシート状に配置されるが、図４では三角プリズム１２が２つ並んだ構成を示している。
【００４８】
三角プリズム１２は構成例１と同様に、第１の面１２ａと第２の面１２ｂとが斜面であり第３の面１２ｃが底面の構造であり、例えば、屈折率が１．４〜１．８程度の樹脂またはガラスなどの透明な材質で形成される。
【００４９】
また、各三角プリズム１２の第１の面１２ａに密着して平行に第１のバンドパスミラー１３ａが配置され、各三角プリズム１２の第２の面１２ｂに密着して平行に第２のバンドパスミラー１３ｂが配置される。ここで、第１のバンドパスミラー１３ａは、第１の光線を透過して第１の光線と波長が異なる第２の光線を反射し、第２のバンドパスミラー１３ｂは、第２の光線を透過して第１の光線を反射する機能を備えている。
【００５０】
また、三角プリズム１２の第３の面１２ｃの側には、構成例１と同様に、所定の角度で対向する反射面を備えたガラス部材１５が配置され、その対向する反射面には、入射する光線をその偏光方向に応じて透過または反射させる偏光分離部材として、偏光分離膜１６ａ、１６ｂが形成される。
【００５１】
また、三角プリズム１２と偏光分離膜１６ａ、１６ｂが形成されるガラス部材１５の間には位相差板１４が配置される。この位相差板１４は、例えば１／４波長板である。以上の構成によって、第１のバンドパスミラー１３ａ、第２のバンドパスミラー１３ｂと偏光分離膜１６ａ、１６ｂとの間に、位相差板１４が配置される構造となる。このように、実施例１の構成例２はバンドパスミラーと位相差板が三角プリズムに密着し一体化した構成であるで、取り扱いが容易で、薄型の光学素子を実現できる。
【００５２】
［実施例１の光学素子の構成例２の青色光入射の作用説明：図５］
次に、実施例１の構成例２の光学素子１０における入射光の偏光変換の作用を図５と図６によって説明する。尚、入射光は構成例１と同様に、第１の光線が青色光であり、第２の光線が黄色光である補色関係の光線とする。また、光学素子１０は、前述したように三角プリズム１２が複数並べてシート状に配置されているが、ここでは説明を分かりやすく
するために、ひとつの三角プリズム１２によって偏光変換の作用を説明する。
【００５３】
まず、実施例１の構成例２の光学素子１０に第１の光線として無偏光の青色光Ｂ１１が入射した場合の偏光変換の作用を図５によって説明する。図５において、第１の光線である無偏光の青色光Ｂ１１は、まず、図面上左側である三角プリズム１２の第１の面１２ａに密着した第１のバンドパスミラー１３ａに入射して透過し、三角プリズム１２の第１の面１２ａから各三角プリズム１２に入射する。第１の面１２ａから入射した青色光Ｂ１１は、第２の面１２ｂに到達する。このときの青色光Ｂ１１の入射角は、第２の面１２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ１１は第２の面１２ｂで全反射して第３の面１２ｃから三角プリズム１２より出射する。
【００５４】
三角プリズム１２より出射した青色光Ｂ１１は、三角プリズム１２とガラス部材１５の間に配置された位相差板１４を透過する。ここで、青色光Ｂ１１は無偏光であるので、位相差板１４を透過しても無偏光状態のまま偏光分離部材の一方の偏光分離膜１６ｂに到達する。偏光分離膜１６ｂに到達した青色光Ｂ１１は、Ｐ偏光の青色光Ｂ１１ｐ（破線）は透過して直進し、光学素子１０の外部に出射する。また、Ｓ偏光の青色光Ｂ１１ｓ（一点鎖線）は、偏光分離膜１６ｂで反射して他方の偏光分離膜１６ａに向かい、他方の偏光分離膜１６ａで同様に再度反射した後、再び位相差板１４を透過する。
【００５５】
位相差板１４を透過したＳ偏光の青色光Ｂ１１ｓは、円偏光の青色光Ｂ１２（実線）に変換されて第３の面１２ｃから再び三角プリズム１２に入射する。第３の面１２ｃから入射した円偏光の青色光Ｂ１２は、第１の面１２ａに到達する。このときの青色光Ｂ１２の入射角は、第１の面１２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ１２は第１の面１２ａで全反射して第２の面１２ｂに到達する。第２の面１２ｂに到達した青色光Ｂ１２は、第２の面１２ｂの法線に対して臨界角を越えない角度で入射するため、第２の面１２ｂを透過して三角プリズム１２から出射する。
【００５６】
次に、三角プリズム１２から出射した青色光Ｂ１２は、第２の面１２ｂに密着した第２のバンドパスミラー１３ｂに入射するが、第２のバンドパスミラー１３ｂは第１の光線である青色光を反射するので、青色光Ｂ１２は反射されて第２の面１２ｂから三角プリズム１２に入射し、再び第１の面１２ａに到達する。このときの青色光Ｂ１２の入射角は、第１の面１２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ１２は第１の面１２ａで全反射して第３の面１２ｃから三角プリズム１２より出射する。
【００５７】
三角プリズム１２より出射した円偏光の青色光Ｂ１２は、三角プリズム１２とガラス部材１５の間に配置された位相差板１４を再び透過し、Ｐ偏光の青色光Ｂ１２ｐ（破線）に変換される。これは、Ｓ偏光の青色光Ｂ１１ｓが１／４波長板である位相差板１４を２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００５８】
位相差板１４によって偏光変換されたＰ偏光の青色光Ｂ１２ｐは、偏光分離部材の他方の偏光分離膜１６ａに到達するが、偏光分離膜１６ａはＰ偏光を透過するので、Ｐ偏光の青色光Ｂ１２ｐは透過して直進し、光学素子１０の外部に出射する。このように、実施例１の構成例２の光学素子１０に入射した無偏光の青色光Ｂ１１は、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の青色光Ｂ１１ｐとＢ１２ｐ）となって光学素子１０から出射される。
【００５９】
［実施例１の光学素子の構成例２の黄色光入射の作用説明：図６］
次に、光学素子１０に第２の光線として無偏光の黄色光が入射した場合の偏光変換の作用を図６によって説明する。図６において、第２の光線である無偏光の黄色光Ｙ１１は、まず、図面上右側である三角プリズム１２の第２の面１２ｂに密着した第２のバンドパス
ミラー１３ｂに入射して透過し、三角プリズム１２の第２の面１２ｂから各三角プリズム１２に入射する。第２の面１２ｂから入射した黄色光Ｙ１１は、第１の面１２ａに到達する。このときの黄色光Ｙ１１の入射角は、第１の面１２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ１１は第１の面１２ａで全反射して第３の面１２ｃから三角プリズム１２より出射する。
【００６０】
三角プリズム１２より出射した黄色光Ｙ１１は、三角プリズム１２とガラス部材１５の間に配置された位相差板１４を透過する。ここで、黄色光Ｙ１１は無偏光であるので、位相差板１４を透過しても無偏光状態のまま偏光分離部材の一方の偏光分離膜１６ａに到達する。偏光分離膜１６ａに到達した黄色光Ｙ１１は、Ｐ偏光の黄色光Ｙ１１ｐ（破線）は透過して直進し、光学素子１０の外部に出射する。また、Ｓ偏光の黄色光Ｙ１１ｓ（一点鎖線）は、偏光分離膜１６ａで反射して他方の偏光分離膜１６ｂに向かい、他方の偏光分離膜１６ｂで同様に再度反射した後、再び位相差板１４を透過する。
【００６１】
位相差板１４を透過したＳ偏光の黄色光Ｙ１１ｓは、円偏光の黄色光Ｙ１２（実線）に変換されて第３の面１２ｃから再び三角プリズム１２に入射する。第３の面１２ｃから入射した円偏光の黄色光Ｙ１２は、第２の面１２ｂに到達する。このときの黄色光Ｙ１２の入射角は、第２の面１２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ１２は第２の面１２ｂで全反射して第１の面１２ａに到達する。第１の面１２ａに到達した黄色光Ｙ１２は、第１の面１２ａの法線に対して臨界角を越えない角度で入射するため、第１の面１２ａを透過して三角プリズム１２から出射する。
【００６２】
次に、三角プリズム１２から出射した黄色光Ｙ１２は、第１の面１２ａに密着した第１のバンドパスミラー１３ａに入射するが、第１のバンドパスミラー１３ａは第２の光線である黄色光を反射するので、黄色光Ｙ１２は反射されて第１の面１２ａから三角プリズム１２に入射し、再び第２の面１２ｂに到達する。このときの黄色光Ｙ１２の入射角は、第２の面１２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ１２は第２の面１２ｂで全反射して第３の面１２ｃから三角プリズム１２より出射する。
【００６３】
三角プリズム１２より出射した円偏光の黄色光Ｙ１２は、三角プリズム１２とガラス部材１５の間に配置された位相差板１４を再び透過し、Ｐ偏光の黄色光Ｙ１２ｐ（破線）に変換される。これは、Ｓ偏光の黄色光Ｙ１１ｓが１／４波長板である位相差板１４を２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００６４】
位相差板１４によって偏光変換されたＰ偏光の黄色光Ｙ１２ｐは、偏光分離部材の他方の偏光分離膜１６ｂに到達するが、偏光分離膜１６ｂはＰ偏光を透過するので、Ｐ偏光の黄色光Ｙ１２ｐは透過して直進し、光学素子１０の外部に出射する。このように、実施例１の構成例２の光学素子１０に入射した無偏光の黄色光Ｙ１１は、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の黄色光Ｙ１１ｐとＹ１２ｐ）となって光学素子１０から出射される。
【００６５】
以上のように、本発明の実施例１の構成例２の光学素子１０は、構成例１と同様に複数の三角プリズム１２によって構成されるが、一つ一つの三角プリズム１２が左側斜め方向から青色光Ｂ１１を入射し、右側斜め方向から黄色光Ｙ１１を入射することによって、一つの三角プリズムで波長の異なる二つの光線を合成することができる。また、二つの光線の合成と同時に、入射した二つの無偏光の光線をそれぞれＰ偏光とＳ偏光に分離後、Ｓ偏光の光はＰ偏光に偏光変換し、ほとんど全ての入射光をＰ偏光として出射するので、光利用効率の高い光学素子を実現できる。
【００６６】
また、構成例２の光学素子１０においても、三角プリズム１２を複数並べてシート状に
形成でき、偏光分離膜１６ａ、１６ｂが形成されるガラス部材１５もシート状に形成でき、更に、位相差板１４も１枚の薄いシートであるので、光学素子１０の全体をシート状にして薄型の光学素子を実現することが出来る。
【００６７】
［実施例２の光学素子の構成説明：図７］
次に、本発明の実施例２の光学素子の構成を図７によって説明する。尚、実施例２の特徴は、偏光分離部材として反射型偏光素子を用い、バンドパスミラーと位相差板を三角プリズムに密着して配置することである。図７において、実施例２の光学素子２０は、実施例１と同様に断面が二等辺三角形を成す三角プリズム２２を複数備える。尚、三角プリズム２２は複数並べてシート状に配置されるが、図７では三角プリズム２２が２つ並んだ構成を示している。
なお、以下の説明では、実施例１の構成例２と同様に、バンドパスミラーと位相差板を三角プリズムに密着して配置する例について説明するが、実施例１の構成例１と同様に、位相差板を三角プリズムとバンドパスミラーの間に配置することも可能である。
【００６８】
この三角プリズム２２は実施例１と同様に、第１の面２２ａと第２の面２２ｂとが斜面であり第３の面２２ｃが底面の構造であり、例えば、屈折率が１．４〜１．８程度の樹脂またはガラスなどの透明な材質で形成される。
【００６９】
また、各三角プリズム２２の第１の面２２ａに密着して平行に第１のバンドパスミラー２３ａが配置され、各三角プリズム２２の第２の面２２ｂに密着して平行に第２のバンドパスミラー２３ｂが配置される。ここで、第１のバンドパスミラー２３ａは、第１の光線を透過して第１の光線と波長が異なる第２の光線を反射し、第２のバンドパスミラー２３ｂは、第２の光線を透過して第１の光線を反射する機能を備えている。
【００７０】
また、三角プリズム２２の第３の面２２ｃには、位相差板２４が密着して配置され、更に、位相差板２４に密着して第１の偏向プリズム２５ａが配置されている。また、第１の偏向プリズム２５ａから所定の距離を置いて、偏光分離部材として反射型偏光素子２６が配置され、この反射型偏光素子２６の対面側には、第２の偏向プリズム２５ｂが配置されている。すなわち、第１の偏向プリズム２５ａは、位相差板２４と反射型偏光素子２６の間に配置され、第２の偏向プリズム２５ｂは、反射型偏光素子２６の出射面側に配置される。
【００７１】
ここで、反射型偏光素子２６は、入射する光線のＰ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は反射する制御を行う。また、位相差板２４は、実施例１と同様に、例えば１／４波長板である。
【００７２】
この実施例２の光学素子２０は、三角プリズム２２、位相差板２４、偏向プリズム２５ａ、２５ｂ、反射型偏光素子２６などの全ての部材を樹脂材料で実用化出来るので、ガラス部材などを用いずに安価に光線の合成と偏向変換を同時に行う光学素子を実現することが出来る。
【００７３】
［実施例２の光学素子の青色光入射の作用説明：図８］
次に、実施例２の光学素子２０における入射光の偏光変換の作用を図８と図９によって説明する。尚、入射光は実施例１と同様に、第１の光線が青色光であり、第２の光線が黄色光である補色関係の光線とする。また、光学素子２０は、前述したように三角プリズム２２が複数並べてシート状に配置されているが、ここでは説明を分かりやすくするために、ひとつの三角プリズム２２によって偏光変換の作用を説明する。
【００７４】
まず、実施例２の光学素子２０に第１の光線として無偏光の青色光Ｂ２１が入射した場
合の偏光変換の作用を図８によって説明する。図８において、第１の光線である無偏光の青色光Ｂ２１は、まず、図面上左側である三角プリズム２２の第１の面２２ａに密着した第１のバンドパスミラー２３ａに入射して透過し、三角プリズム２２の第１の面２２ａから各三角プリズム２２に入射する。第１の面２２ａから入射した青色光Ｂ２１は、第２の面２２ｂに到達する。このときの青色光Ｂ２１の入射角は、第２の面２２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ２１は第２の面２２ｂで全反射して第３の面２２ｃから三角プリズム２２より出射する。
【００７５】
三角プリズム２２より出射した青色光Ｂ２１は、三角プリズム２２の第３の面２２ｃに密着した位相差板２４を透過する。ここで、青色光Ｂ２１は無偏光であるので、位相差板２４を透過しても無偏光状態のまま第１の偏向プリズム２５ａに入射する。ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射した青色光Ｂ２１の進行方向を光学素子２０の内側方向になるように偏向させ、青色光Ｂ２１が反射型偏光素子２６に対して所定の角度で入射するように制御する。
【００７６】
これにより、反射型偏光素子２６に入射した青色光Ｂ２１でＰ偏光の青色光Ｂ２１ｐ（破線）は、反射型偏光素子２６を透過して所定の角度で直進し、反射型偏光素子２６の出射面に密着する第２の偏向プリズム２５ｂに入射する。そして、第２の偏向プリズム２５ｂは、入射したＰ偏光の青色光Ｂ２１ｐを出射面に対してほぼ垂直になるように偏向し、光学素子２０から垂直方向にＰ偏光の青色光Ｂ２１ｐが出射される。また、Ｓ偏光の青色光Ｂ２１ｓ（一点鎖線）は、反射型偏光素子２６で反射して第１の偏向プリズム２５ａに再び入射する。
【００７７】
ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射したＳ偏光の青色光Ｂ２１ｓの進行方向を三角プリズム２２の第３の面２２ｃにほぼ垂直になるように偏向させ、これにより、Ｓ偏光の青色光Ｂ２１ｓは位相差板２４を透過して第３の面２２ｃに到達する。位相差板２４を透過したＳ偏光の青色光Ｂ２１ｓは、円偏光の青色光Ｂ２２（実線）に変換されて第３の面２２ｃからほぼ垂直に三角プリズム２２に入射する。
【００７８】
第３の面２２ｃから入射した円偏光の青色光Ｂ２２は、第１の面２２ａに到達する。このときの青色光Ｂ２２の入射角は、第１の面２２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ２２は第１の面２２ａで全反射して第２の面２２ｂに到達する。第２の面２２ｂに到達した青色光Ｂ２２は、第２の面２２ｂの法線に対して臨界角を越えない角度で入射するため、第２の面２２ｂを透過して三角プリズム２２から出射する。
【００７９】
次に、三角プリズム２２から出射した青色光Ｂ２２は、第２の面２２ｂに密着した第２のバンドパスミラー２３ｂに入射するが、第２のバンドパスミラー２３ｂは第１の光線である青色光を反射するので、青色光Ｂ２２は反射されて第２の面２２ｂから再び三角プリズム２２に入射し、第１の面２２ａに到達する。このときの青色光Ｂ２２の入射角は、第１の面２２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、青色光Ｂ２２は第１の面２２ａで全反射して第３の面２２ｃから三角プリズム２２より出射する。
【００８０】
三角プリズム２２より出射した青色光Ｂ２２は、三角プリズム２２の第３の面２２ｃに密着した位相差板２４を再び透過し、Ｐ偏光の青色光Ｂ２２ｐ（破線）に変換される。これは、Ｓ偏光の青色光Ｂ２１ｓが１／４波長板である位相差板２４を２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００８１】
次に、偏光変換されたＰ偏光の青色光Ｂ２２ｐは、第１の偏向プリズム２５ａに入射する。ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射したＰ偏光の青色光Ｂ２２ｐの進行方向
を光学素子２０の内側方向になるように偏向させ、Ｐ偏光の青色光Ｂ２２ｐが反射型偏光素子２６に対して所定の角度で入射するように制御する。
【００８２】
これにより、反射型偏光素子２６に入射したＰ偏光の青色光Ｂ２２ｐは、反射型偏光素子２６を透過して所定の角度で直進し、反射型偏光素子２６の出射面に密着する第２の偏向プリズム２５ｂに入射する。そして、第２の偏向プリズム２５ｂは、入射したＰ偏光の青色光Ｂ２２ｐを出射面に対してほぼ垂直になるように偏向し、光学素子２０からＰ偏光の青色光Ｂ２２ｐがほぼ垂直に出射される。すなわち、第２の偏向プリズム２５ｂは、光学素子２０からの出射光であるＰ偏光の青色光Ｂ２１ｐ、Ｂ２２ｐを垂直方向に偏向する制御を行う。
【００８３】
このように、実施例２の光学素子２０に入射した無偏光の青色光Ｂ２１は、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の青色光Ｂ２１ｐとＢ２２ｐ）となって光学素子２０から出射される。
【００８４】
［実施例２の光学素子の黄色光入射の作用説明：図９］
次に、実施例２の光学素子２０に第２の光線として無偏光の黄色光が入射した場合の偏光変換の作用を図９によって説明する。図９において、第２の光線である無偏光の黄色光Ｙ２１は、まず、図面上右側である三角プリズム２２の第２の面２２ｂに密着した第２のバンドパスミラー２３ｂに入射して透過し、三角プリズム２２の第２の面２２ｂから各三角プリズム２２に入射する。第２の面２２ｂから入射した黄色光Ｙ２１は、第１の面２２ａに到達する。このときの黄色光Ｙ２１の入射角は、第１の面２２ａの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ２１は第１の面２２ａで全反射して第３の面２２ｃから三角プリズム２２より出射する。
【００８５】
三角プリズム２２より出射した黄色光Ｙ２１は、三角プリズム２２の第３の面２２ｃに密着した位相差板２４を透過する。ここで、黄色光Ｙ２１は無偏光であるので、位相差板２４を透過しても無偏光状態のまま第１の偏向プリズム２５ａに入射する。ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射した黄色光Ｙ２１の進行方向を光学素子２０の内側方向になるように偏向させ、黄色光Ｙ２１が反射型偏光素子２６に対して所定の角度で入射するように制御する。
【００８６】
これにより、反射型偏光素子２６に入射した黄色光Ｙ２１でＰ偏光の黄色光Ｙ２１ｐ（破線）は、反射型偏光素子２６を透過して所定の角度で直進し、反射型偏光素子２６の出射面に密着する第２の偏向プリズム２５ｂに入射する。そして、第２の偏向プリズム２５ｂは、入射したＰ偏光の黄色光Ｙ２１ｐを出射面に対してほぼ垂直になるように偏向し、光学素子２０から垂直方向にＰ偏光の黄色光Ｙ２１ｐが出射される。また、Ｓ偏光の黄色光Ｙ２１ｓ（一点鎖線）は、反射型偏光素子２６で反射して第１の偏向プリズム２５ａに再び入射する。
【００８７】
ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射したＳ偏光の黄色光Ｙ２１ｓの進行方向を三角プリズム２２の第３の面２２ｃにほぼ垂直になるように偏向させ、これにより、Ｓ偏光の黄色光Ｙ２１ｓは位相差板２４を透過して第３の面２２ｃに到達する。位相差板２４を透過したＳ偏光の黄色光Ｙ２１ｓは、円偏光の黄色光Ｙ２２（実線）に変換されて第３の面２２ｃからほぼ垂直に三角プリズム２２に入射する。
【００８８】
第３の面２２ｃから入射した円偏光の黄色光Ｙ２２は、第２の面２２ｂに到達する。このときの黄色光Ｙ２２の入射角は、第２の面２２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ２２は第２の面２２ｂで全反射して第１の面２２ａに到達する。第１の面２２ａに到達した黄色光Ｙ２２は、第１の面２２ａの法線に対して臨界角
を越えない角度で入射するため、第１の面２２ａを透過して三角プリズム２２から出射する。
【００８９】
次に、三角プリズム２２から出射した黄色光Ｙ２２は、第１の面２２ａに密着した第１のバンドパスミラー２３ａに入射するが、第１のバンドパスミラー２３ａは第２の光線である黄色光を反射するので、黄色光Ｙ２２は反射されて第１の面２２ａから再び三角プリズム２２に入射し、第２の面２２ｂに到達する。このときの黄色光Ｙ２２の入射角は、第２の面２２ｂの法線に対して臨界角を越える大きな角度で入射するため、黄色光Ｙ２２は第２の面２２ｂで全反射して第３の面２２ｃから三角プリズム２２より出射する。
【００９０】
三角プリズム２２より出射した黄色光Ｙ２２は、三角プリズム２２の第３の面２２ｃに密着した位相差板２４を再び透過し、Ｐ偏光の黄色光Ｙ２２ｐ（破線）に変換される。これは、Ｓ偏光の黄色光Ｙ２１ｓが１／４波長板である位相差板２４を２回通過したことで、Ｐ偏光に変換されるからである。
【００９１】
次に、偏光変換されたＰ偏光の黄色光Ｙ２２ｐは、第１の偏向プリズム２５ａに入射する。ここで、第１の偏向プリズム２５ａは、入射したＰ偏光の黄色光Ｙ２２ｐの進行方向を光学素子２０の内側方向になるように偏向させ、Ｐ偏光の黄色光Ｙ２２ｐが反射型偏光素子２６に対して所定の角度で入射するように制御する。
【００９２】
これにより、反射型偏光素子２６に入射したＰ偏光の黄色光Ｙ２２ｐは、反射型偏光素子２６を透過して所定の角度で直進し、反射型偏光素子２６の出射面に密着する第２の偏向プリズム２５ｂに入射する。そして、第２の偏向プリズム２５ｂは、入射したＰ偏光の黄色光Ｙ２２ｐを出射面に対してほぼ垂直になるように偏向し、光学素子２０からＰ偏光の黄色光Ｙ２２ｐがほぼ垂直に出射される。このように、実施例２の光学素子２０に入射した無偏光の黄色光Ｙ２１は、全て偏光方向が揃えられた直線偏光（Ｐ偏光の黄色光Ｙ２１ｐとＹ２２ｐ）となって光学素子２０から出射される。
【００９３】
以上のように、本発明の実施例２の光学素子２０は、実施例１と同様に複数の三角プリズム２２によって構成されるが、一つ一つの三角プリズム２２が左側斜め方向から青色光Ｂ２１を入射し、右側斜め方向から黄色光Ｙ２１を入射することによって、一つの三角プリズムで波長の異なる二つの光線を合成することができる。また、二つの光線の合成と同時に、入射した二つの無偏光の光線のほとんど全てをＰ偏光として出射するので、光利用効率の高い光学素子を実現できる。
【００９４】
また、二つの光線が青色光と黄色光のように補色関係であれば、二つの光線を合成して白色光を得ることが出来る。これにより、本発明の実施例２の光学素子２０は、波長の異なる二つの光線の合成と変換効率に優れた偏光変換を同時に実現出来るので、カラー表示装置の光源装置として好適である。
【００９５】
また、実施例２の光学素子２０は、三角プリズム２２を複数並べてシート状に形成でき、位相差板２４と反射型偏光素子２６も薄いシート状であるので、光学素子２０の全体をシート状にして薄型の光学素子を実現することが出来る。
【００９６】
［本発明の光学素子の入射光線領域と出射光線領域の説明：図１０］
次に、本発明の光学素子の入射光線の領域と出射光線の領域を図１０によって説明する。図１０は本発明の実施例１の構成例２の光学素子１０をシート状に形成した例を示している。図１０において、光学素子１０は複数の三角プリズム１２をシート状に並べ、偏光分離膜１６ａ、１６ｂが形成されるガラス部材１５もシート状に形成し、１枚のシートである位相差板１４を三角プリズム１２とガラス部材１５の間に配置している。これにより
、シート状の薄型の光学素子１０が形成される。
【００９７】
次に、光学素子１０の入射光線領域と出射光線領域の説明をする。図１０において、前述の実施例１の構成例２と同様に、入射光として平行光である青色光Ｂ１１が、図面上左側斜め方向から各三角プリズム１２に入射され、符号Ｗ１がその青色光Ｂ１１の光線入射領域である。ここで、光学素子１０の各三角プリズム１２は青色光Ｂ１１を途切れることなく連続して入射し、前述したように、光学素子１０の内部でＰ偏光の青色光Ｂ１１ｐとＢ１２ｐに偏光変換して垂直方向に出射する。符号Ｗ２は、出射光である青色光Ｂ１１ｐとＢ１２ｐの出射光線領域であり、連続した出射光線領域Ｗ２を得ることが出来る。
【００９８】
このように本発明の光学素子では、入射光線が偏光変換される入射光線領域Ｗ１が連続しており、出射光線領域Ｗ２も連続しているので、薄型であるにも関わらず、遮光領域が存在せず、光の利用効率が高く液晶パネルなどの対象物を一様な光線により照明することができる。また、図１０は青色光Ｂ１１について説明したが、図面上右側斜め方向から入射される黄色光Ｙ１１（図６参照）についても同様に遮光領域が存在せず、連続した入射光線領域と出射光線領域を得ることが出来る。
【００９９】
［本発明の実施例３に係わる光源装置の説明：図１１］
次に本発明の実施例３として、本発明の光学素子を用いて二つの光線を合成し偏光変換する光源装置４０を図１１によって説明する。尚、光源装置４０を構成する光学素子は、一例として前述の実施例１の構成例１の光学素子１を用いるので、同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
【０１００】
図１１において、本発明の光源装置４０は、三角プリズム２をシート状に多数並べて形成した本発明の実施例１の構成例１の光学素子１と、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂと、位相差板４ａ、４ｂと、第１の光源である青色光源４２と、第２の光源である黄色光源４３などによって構成される。ここで、青色光源４２は、第１の光線として実施例１と同じ青色光Ｂ１を出射し、黄色光源４３は、第２の光線として実施例１と同じ黄色光Ｙ１を出射する。
【０１０１】
また、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂは、光学素子１の各三角プリズム２の第１の面２ａ、第２の面２ｂにそれぞれ平行に配置される。また、位相差板４ａ、４ｂは、それぞれ第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂと光学素子１との間にあって、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂと平行に配置される。また、青色光源４２は、その出射光である青色光Ｂ１が、光学素子１の各三角プリズム２に対して所定の角度で左側斜め方向から入射するように配置され、黄色光源４３は、その出射光である黄色光Ｙ１が、光学素子１の各三角プリズム２に対して所定の角度で右側斜め方向から入射するように配置される。
【０１０２】
次に、青色光源４２から出射される青色光Ｂ１と黄色光源４３から出射される黄色光Ｙ１の合成と偏光変換の作用は、前述の実施例１の構成例１で示した作用と同様であるので詳細な説明は省略するが、青色光Ｂ１は、第１のバンドパスミラー３ａと位相差板４ａを透過し、光学素子１の各三角プリズム２の第１の面２ａから入射して、光学素子１の内部で偏光変換され、光学素子１の出射面側からＰ偏光の青色光Ｂ１ｐ、Ｂ２ｐとして出射される。また、黄色光Ｙ１は、第２のバンドパスミラー３ｂと位相差板４ｂを透過し、光学素子１の各三角プリズム２の第２の面２ｂから入射して、光学素子１の内部で偏光変換され、光学素子１の出射面側からＰ偏光の黄色光Ｙ１ｐ、Ｙ２ｐとして出射される。
【０１０３】
尚、図１１では、Ｐ偏光の青色光Ｂ１ｐ、Ｂ２ｐとＰ偏光の黄色光Ｙ１ｐ、Ｙ２ｐは、説明の都合上、シート状の光学素子１の一部分からだけの出射として図示しているが、実
際には、青色光源４２と黄色光源４３から平行光が出射されて、光学素子１の各三角プリズム２の全領域に入射されれば、前述の図１０で示したように、光学素子１の全領域から合成されたＰ偏光の青色光Ｂ１ｐ、Ｂ２ｐとＰ偏光の黄色光Ｙ１ｐ、Ｙ２ｐが連続して出射される。
【０１０４】
以上のように、本発明の実施例３の光源装置４０は、本発明の光学素子をシート状に多数並べて形成し、波長の異なる二つの光線の合成と偏光変換を同時に行うので、薄型で光の利用効率が高く部品点数の少ない光源装置を実現することができる。また、本発明の光源装置は、二つの光源から出射される光線の波長を、本実施例のように青色と黄色のように補色関係にある波長を選択すれば、二つの光源だけによってカラー表示を行う液晶表示装置の光源装置として好適である。尚、光源装置を構成する光学素子は、実施例１の構成例１で示した光学素子１を例として用いたが、他の構成である実施例１の構成例２、及び、実施例２の光学素子においても適応出来ることはもちろんである。
【０１０５】
［本発明の実施例４に係わる光源装置の説明：図１２］
次に本発明の実施例４として、本発明の光学素子を用いて四つの光線を合成し偏光変換する光源装置５０を図１２によって説明する。尚、光源装置５０は、前述の光源装置４０の変形例であるので、同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。
【０１０６】
図１２において、本発明の光源装置５０は、三角プリズム２をシート状に多数並べて形成した本発明の実施例１の構成例１の光学素子１と、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂと、位相差板４ａ、４ｂと、リニアプリズム５１ａ、５１ｂと、第１の光源である青色光源４２と、第２の光源である赤色光源４４と、第３の光源である緑色光源４５、４６などによって構成される。
【０１０７】
ここで、光学素子１、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂ、位相差板４ａ、４ｂは、前述の実施例３と同様であるので、説明は省略する。また、リニアプリズム５１ａ、５１ｂは、微細なプリズムを並べた薄いシートであり、第１及び第２のバンドパスミラー３ａ、３ｂにそれぞれ密着又は近接し、それぞれの光源からの光線を偏向して合成し所定の角度で光学素子１の各三角プリズム２に入射する機能を備えている。また、青色光源４２は第１の光線として青色光Ｂ１を出射し、赤色光源４４は第２の光線として赤色光Ｒ１を出射し、緑色光源４５、４６は第３の光線として緑色光Ｇ１、Ｇ３を出射する。
【０１０８】
そして、青色光源４２からの青色光Ｂ１は、前述のリニアプリズム５１ａに入射して偏向し、第１のバンドパスミラー３ａと位相差板４ａを透過後、光学素子１の各三角プリズム２の第１の面２ａに所定の角度で斜め方向から入射する。また、赤色光源４４からの赤色光Ｒ１は、リニアプリズム５１ａに入射して偏向し、第１のバンドパスミラー３ａと位相差板４ａを透過後、光学素子１の各三角プリズム２の第１の面２ａに所定の角度で斜め方向から入射する。なお、リニアプリズム５１ａからの出射光は、リニアプリズム５１ａのプリズムを微細にすることにより、それぞれの光源からの光線の出射位置を同一視することができ、実質的に青色光Ｂ１と赤色光Ｒ１の合成光になる。
【０１０９】
また、緑色光源４５からの緑色光Ｇ１は、リニアプリズム５１ｂに入射して偏向し、第２のバンドパスミラー３ｂと位相差板４ｂを透過後、光学素子１の各三角プリズム２の第２の面２ｂに所定の角度で斜め方向から入射する。また、緑色光源４６からの緑色光Ｇ３は、リニアプリズム５１ｂに入射して偏向し、第２のバンドパスミラー３ｂと位相差板４ｂを透過後、光学素子１の各三角プリズム２の第２の面２ｂに所定の角度で斜め方向から入射する。
【０１１０】
光学素子１に入射したそれぞれの光線は、光学素子１の内部で偏光変換され、光学素子
１の出射面側からＰ偏光の青色光Ｂ１ｐ、Ｂ２ｐと、Ｐ偏光の赤色光Ｒ１ｐ、Ｒ２ｐと、Ｐ偏光の緑色光Ｇ１ｐ、Ｇ２ｐと、Ｐ偏光の緑色光Ｇ３ｐ、Ｇ４ｐと、が合成されて出射される。
【０１１１】
尚、図１２では、光学素子１からのそれぞれの出射光は、説明の都合上、光学素子１の一部分からだけの出射として図示しているが、実際には、光学素子１の各三角プリズム２の全領域に入射光が入射されれば、前述の図１０で示したように、光学素子１の全領域から連続して出射される。
【０１１２】
以上のように、本発明の実施例４の光源装置５０は、本発明の光学素子をシート状に多数並べて形成し、四つの光源からの波長の異なる三つの光線の合成と偏光変換を同時に行うので、薄型で光の利用効率が高く部品点数の少ない光源装置を実現することができる。また、本実施例の光源装置５０は、ＲＧＢの三つの発光色の光源から出射される光線を合成するので、液晶パネルのカラーフィルタの特性と合わせやすく、演色性に優れたフルカラー液晶表示装置の光源装置として好適である。尚、光源装置を構成する光学素子は、実施例１の構成例１で示した光学素子１を例として用いたが、他の構成である実施例１の構成例２、及び、実施例２の光学素子においても適応出来ることはもちろんである。
【０１１３】
また、本実施例では緑色光源を２個配置しているが、これは、緑色光源の光量が一般的に不足気味になる傾向を補うことを目的としており、緑色光源が他と比較して同等の光量であれば、光源数はＲＧＢ各１個の計３個でも良く、また、青色光源や赤色光源のどちらかを２個配置しても良い。
【０１１４】
また、本実施例の変形例として図示しないが、本実施例のリニアプリズム５１ａ、５１ｂの位置に位相差板とバンドパスミラーを備えた光学素子１を二つ配置し、本実施例の光学素子１の位置にリニアプリズムを一つ配置しても良い。この変形例により、それぞれの光学素子１によって、二つの光線の偏光変換を行い、その後、リニアプリズムによってＰ偏光に変換された光線を合成して出射することで、実施例４と同様に四つの光源からの光線の合成と偏光変換を同時に行う薄型で高効率の光源装置を実現することが出来る。
【０１１５】
このように、本発明の光源装置は、複数の光源からの無偏光の光線をすべて直線偏光であるＰ偏光に変換するので、そのＰ偏光の光線によって照射される液晶パネルは、その直線偏光の光線を全て利用することが出来、光の利用効率に優れた高輝度の液晶表示装置を実現することが出来る。
【０１１６】
また、本発明の光源装置の光学素子１に入射する光線は、各三角プリズム２に対して斜め方向から入射するので、垂直方向から入射する従来の装置と比較して、光源装置の全体の厚みを薄く出来る。これは、光学素子１に三角プリズムを用いていることの大きな利点である。すなわち、光学素子に三角プリズムを用いることで、各光源からの光線を左右斜め方向から入射でき、また、一つの三角プリズムの第１の面と第２の面によって波長の異なる二つの光線を入射し合成できるからである。
【０１１７】
尚、本発明の実施例で示した説明図等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の光学素子および光源装置は、薄型で部品点数が少なく光の利用効率に優れているので、携帯型の液晶表示装置やプロジェクタ用光源装置として好適であり、装置の小型化薄型化、低消費電力化に大きな効果を得ることが出来る。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１０、２０  光学素子
２、１２、２２  三角プリズム
３ａ、１３ａ、２３ａ  第１のバンドパスミラー
３ｂ、１３ｂ、２３ｂ  第２のバンドパスミラー
４ａ、４ｂ、１４、２４  位相差板
５、１５  ガラス部材
６ａ、６ｂ、１６ａ、１６ｂ  偏光分離膜
２５ａ  第１の偏向プリズム
２５ｂ  第２の偏向プリズム
２６  反射型偏光素子
４０、５０  光源装置
４２  青色光源
４３  黄色光源
４４  赤色光源
４５、４６  緑色光源
Ｂ１、Ｂ１１、Ｂ２１  青色光
Ｙ１、Ｙ１１、Ｙ２１  黄色光
Ｒ１  赤色光
Ｇ１、Ｇ３  緑色光
Ｂ１ｐ、Ｂ２ｐ、Ｂ１１ｐ、Ｂ１２ｐ、Ｂ２１ｐ、Ｂ２２ｐ  Ｐ偏光の青色光
Ｙ１ｐ、Ｙ２ｐ、Ｙ１１ｐ、Ｙ１２ｐ、Ｙ２１ｐ、Ｙ２２ｐ  Ｐ偏光の黄色光
Ｒ１ｐ、Ｒ２ｐ  Ｐ偏光の赤色光
Ｇ１ｐ、Ｇ２ｐ、Ｇ３ｐ、Ｇ４ｐ  Ｐ偏光の緑色光
【図１】
2011090036.tif 000003
【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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