(57)【要約】【課題】高耐熱、高耐光、高耐久であって、大型化を図ることができる偏光変換素子、及びこれを備えた照明装置、投写型映像表示装置を提供する。【解決手段】偏光変換素子１５は、光が透過する透光部材３１と、透光部材３１に入射した光のうち、Ｐ偏光光を透過させ、かつ、Ｓ偏光光を反射する偏光分離膜３２と、偏光分離膜３２で反射したＳ偏光光を反射する反射膜３３とを備えている。偏光分離膜３２および反射膜３３は透光部材３１内に配設され、透光部材３１は、偏光分離膜３２を透過したＰ偏光光と反射膜３３で反射したＳ偏光光とが出射する光出射面３１ｂを有し、光出射面３１ｂにおけるＰ偏光光が出射する部分に、横方向において間隔をあけて複数の位相差板３４が設けられている。位相差板３４は、無機物質である水晶により形成されるとともに、水晶により形成された位相差板３４が、横方向に垂直な縦方向において複数設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示用の光が透過する透光部材と、
前記透光部材に入射した光のうち、所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ、かつ、前記所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射する偏光分離膜と、
前記偏光分離膜で反射した第２の偏光光を反射する反射膜とを備え、
前記偏光分離膜および前記反射膜が前記透光部材内に配設され、
前記透光部材は、前記偏光分離膜を透過した第１の偏光光と前記反射膜で反射した前記第２の偏光光とが出射する光出射面を有し、
前記光出射面における前記第１の偏光光または前記第２の偏光光が出射する部分に、所定の直線方向において間隔をあけて複数の位相差板が設けられる偏光変換素子において、
前記位相差板が、無機物質により形成されるとともに、無機物質により形成された前記位相差板が、前記直線方向に垂直な垂直方向において複数設けられている
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記位相差板は水晶により形成されてい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】
映像表示用の光を発する光源と、前記直線方向および前記垂直方向において複数の単レンズが並べて設けられたレンズアレイと、請求項１または２に記載の偏光変換素子とを備える照明装置であって、
前記垂直方向において設けられた複数の前記単レンズの境界に対して、前記垂直方向において設けられた複数の前記位相差板の間隙が、光軸に平行な光軸方向において対向している
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
前記レンズアレイとして、前記光源が発した光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、この第１のレンズアレイよりも前記偏光変換素子側に設けられる第２のレンズアレイとを備え、
前記第１のレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイの双方における複数の前記単レンズの境界に対して、前記垂直方向において設けられた複数の前記位相差板の間隙が、前記光軸方向において対向している
ことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の照明装置を備え、前記光源が発した光を投射して映像を表示することを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、偏光方向が互いに直交する第１および第２の偏光光のうち、いずれかの偏光光を他の偏光光に変換する偏光変換素子、及びこれを備える照明装置、投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、投写型映像表示装置である液晶プロジェクタが、偏光変換素子を備えた照明装置を備えることが知られている。照明装置の光源が発した光が、液晶パネルを透過することにより映像が生成され、液晶プロジェクタは、その光を投射して映像を表示する。
【０００３】
偏光変換素子としては、透光部材と、この透光部材内に配設された偏光分離膜及び反射膜と、透光部材の光出射面に設けられた位相差板とを備えるものが知られている。また、偏光変換素子の位相差板は、ポリカーボネートフィルム等の有機物質により形成されることが知られている。
【０００４】
また、耐熱性、耐光性、耐久性の向上を目的として、無機物質である水晶により偏光変換素子の位相差板を形成することが開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光源の大型化等による光学部品の大型化の要求に応じて偏光変換素子を大きくしようとする場合には、位相差板が設けられるべき透光部材の光出射面も大きくなる。しかしながら、光出射面に応じて無機物質により細長く延びる位相差板を形成しようとする場合には、その製造が困難であるため、高耐熱、高耐光、高耐久な偏光変換素子の大型化を図ることができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高耐熱、高耐光、高耐久であって、大型化を図ることができる偏光変換素子、及びこれを備えた照明装置、投写型映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】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、映像表示用の光が透過する透光部材と、透光部材に入射した光のうち、所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ、かつ、所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射する偏光分離膜と、偏光分離膜で反射した第２の偏光光を反射する反射膜とを備え、偏光分離膜および反射膜が透光部材内に配設され、透光部材は、偏光分離膜を透過した第１の偏光光と反射膜で反射した前記第２の偏光光とが出射する光出射面を有し、光出射面における第１の偏光光または第２の偏光光が出射する部分に、所定の直線方向において間隔をあけて複数の位相差板が設けられる偏光変換素子において、位相差板が、無機物質により形成されるとともに、無機物質により形成された位相差板が、直線方向に垂直な垂直方向において複数設けられていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、位相差板が無機物質により形成されているため、例えば位相差板がポリカーボネートフィルムにより形成されている場合に比べて、高耐熱、高耐光、高耐久の偏光変換素子を得ることができる。また、無機物質により形成された位相差板が、上記直線方向に垂直な垂直方向において複数設けられている。このため、無機物質を垂直方向に長く延びるように製造することが困難であっても、無機物質により形成された複数の位相差板を垂直方向において並べて設けることにより、透光部材の光出射面において位相差板が設けられる部分を大きくすることができる。従って、偏光変換素子の大型化を図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の偏光変換素子において、位相差板は水晶により形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、石英を材料として位相差板を形成することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、映像表示用の光を発する光源と、上記直線方向および垂直方向において複数の単レンズが並べて設けられたレンズアレイと、請求項１または２に記載の偏光変換素子とを備える照明装置であって、垂直方向において設けられた複数の単レンズの境界に対して、垂直方向において設けられた複数の位相差板の間隙が、光軸に平行な光軸方向において対向していることを特徴とする照明装置。
【００１２】
上記構成によれば、垂直方向において設けられた複数の単レンズの境界に対して、垂直方向において設けられた複数の位相差板の間隙が、光軸に平行な光軸方向において対向している。このため、単レンズを通過した光が、垂直方向において設けられた複数の位相差板の間隙を通過することを抑制することができ、偏光変換素子によって偏光光が変換される効率を向上させることができる。従って、色むらや照度低下の抑制を図ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の照明装置において、レンズアレイとして、光源が発した光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイと、この第１のレンズアレイよりも偏光変換素子側に設けられる第２のレンズアレイとを備え、第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイの双方における複数の単レンズの境界に対して、垂直方向において設けられた複数の位相差板の間隙が、上記光軸方向において対向していることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、照度分布を均一化するためのレンズアレイを構成する第１のレンズアレイ及び第２のレンズアレイの双方における複数の単レンズの境界に対して、垂直方向において設けられた複数の位相差板の間隙が、光軸方向において対向している。このため、偏光変換素子によって偏光光が変換される効率を確実に向上させることができる。従って、色むらや照度低下の効果的な抑制を図ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の照明装置を備え、光源が発した光を投射して映像を表示することを特徴とする。
上記構成によれば、投写型映像表示装置は、上記照明装置の光源が発した光を投射して映像を表示する。上記照明装置の構成によれば、偏光変換素子によって偏光光が変換される効率を向上させることができるため、投写型映像表示装置によって表示される映像の色むらや照度低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高耐熱、高耐光、高耐久の偏光変換素子を得ることができ、さらに、偏光変換素子の大型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る投写型映像表示装置の概略構成を示す構成図。
【図２】同実施形態に係る投写型映像表示装置が備える偏光変換素子の斜視図。
【図３】同実施形態に係る偏光変換素子を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図４】同実施形態に係る偏光変換素子を透過する光を示す模式図。
【図５】同実施形態に係るレンズアレイと位相差板との位置関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、投写型映像表示装置は、３つの液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂを備えた、いわゆる３板方式の液晶プロジェクタ１（以下、「プロジェクタ１」）である。プロジェクタ１は、液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂを透過した光を投射することにより、スクリーンや壁等の平面上に映像を表示する。
【００１９】
プロジェクタ１は、映像表示用の光を発する光源１１を備えた照明装置１０と、光源１１が発した光を液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに導く全反射ミラー２１と、光源１１が発した光を三原色の光に分離するダイクロイックミラー２２，２３とを備えている。
【００２０】
光源１１が発した光は、ダイクロイックミラー２２，２３によって分離される。具体的には、光源１１が発した光である白色光のうち、緑色及び青色の波長の光はダイクロイックミラー２２で反射され、赤色の波長の光（以下、「赤色光」）はダイクロイックミラー２２を透過する。また、緑色の波長の光（以下、「緑色光」）はダイクロイックミラー２３で反射され、青色の波長の光（以下、「青色光」）はダイクロイックミラー２３を透過する。このようにして白色光が３原色の光に分離される。
【００２１】
ダイクロイックミラー２２で分離された赤色光は液晶パネル２ｒに入射する。また、ダイクロイックミラー２３で分離された緑色光は液晶パネル２ｇに入射する。また、ダイクロイックミラー２３で分離された青色光は液晶パネル２ｂに入射する。液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂは、画像を構成する画素毎に光の透過率が変更可能なライトバルブである。従って、液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに入射した各色の光が、入射した液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂを透過することによって、映像を形成する各色の光が生成される。
【００２２】
また、プロジェクタ１は、三原色の映像の光を合成するクロスダイクロイックプリズム２４と、合成された映像の光を投射する投射レンズ２５とを備えている。各液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂを透過した光は、クロスダイクロイックプリズム２４で合成されて、投射レンズ２５によって拡大して投射される。
【００２３】
次に、本発明に係る照明装置１０について詳しく説明する。
照明装置１０は、光源１１が発した光の照度分布の均一化を行う一対のレンズアレイ１２と、偏光方向が互いに直交する第１および第２の偏光光のうち、いずれかの偏光光を他の偏光光に変換する偏光変換素子１５と、各液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに光束を収束させる集光レンズ１６とを備えている。一対のレンズアレイ１２を構成する光学部品として、照明装置１０は、光源１１が発した光を複数の光束に分割する第１のレンズアレイ１３と、第１のレンズアレイ１３よりも偏光変換素子１５側である出射側に設けられる第２のレンズアレイ１４を備えている。
【００２４】
超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等により構成される光源１１が発する光は、平行光として光源１１から出射される。光源１１が発した平行光は、インテグレータレンズである一対のレンズアレイ１２に入射する。このようにして一対のレンズアレイ１２に入射する光は、まず、第１のレンズアレイ１３に入射し、次いで、第２のレンズアレイ１４に入射する。
【００２５】
第１のレンズアレイ１３は、所定の直線方向である横方向と、横方向に垂直な垂直方向である縦方向とにおいて複数の単レンズ１３ａ（図５参照）が行列状に並べて設けられたフライアイレンズである。また、第１のレンズアレイ１３と同様に、第２のレンズアレイ１４も、横方向と縦方向とにおいて複数の単レンズ１４ａ（図５参照）が行列状に並べて設けられたフライアイレンズである。
【００２６】
第１のレンズアレイ１３に入射した平行光は、複数の微小光束が形成されるように分割される。即ち、第１のレンズアレイ１３が有する単レンズ１３ａにより、第１のレンズアレイ１３に入射した光が屈折されて、複数の微小光束が第２のレンズアレイ１４に入射する。第１のレンズアレイ１３の所定の単レンズ１３ａから出射した光は、その光の光束が１つの単レンズ１４ａに収束するように、第２のレンズアレイ１４に入射する。本実施形態においては、第１のレンズアレイ１３の単レンズ１３ａと第２のレンズアレイ１４の単レンズ１４ａとを一対一で対応させるために、第１のレンズアレイ１３と第２のレンズアレイ１４は同一の形状を有している。
【００２７】
第２のレンズアレイ１４に入射した光は、液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに対応した大きさとなるようにその微小光束が拡大される。即ち、第２のレンズアレイ１４が有する単レンズ１４ａにより、第２のレンズアレイ１４に入射した光が屈折されて、第１のレンズアレイ１３により分割された複数の光束が、液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに重畳して入射するようになる。このようにして、一対のレンズアレイ１２によって照度分布が均一化される。一対のレンズアレイ１２を通過した光、即ち、第２のレンズアレイ１４から出射した光は偏光変換素子１５に入射する。
【００２８】
図２及び図３に示すように、偏光変換素子１５は、映像表示用の光が透過する透光部材３１と、この透光部材３１内に配設された偏光分離膜３２および反射膜３３と、透光部材３１の表面に配設された位相差板３４とを備える光学部品である。
【００２９】
透光部材３１は、偏光分離膜３２および反射膜３３で区切られる複数の透光層を有する板状部材であって、例えばガラスにより形成されている。全体の形状が矩形板状の透光部材３１は、第２のレンズアレイ１４から出射した光が入射する平面状の光入射面３１ａと、光入射面３１ａの反対側に設けられた平面状の光出射面３１ｂとを有している。
【００３０】
偏光分離膜３２および反射膜３３は、光入射面３１ａと光出射面３１ｂとが対向する直線方向である光軸方向に対して、４５度の角度をなすように設けられている。さらに、偏光分離膜３２および反射膜３３は、光軸方向に直交する縦方向を長手方向として延びて設けられるとともに、偏光分離膜３２と反射膜３３とが、光軸方向及び縦方向に直交する横方向において交互に設けられている。
【００３１】
位相差板３４は、透光部材３１の光出射面３１ｂに設けられたλ／２板であって、所定の直線方向である横方向において間隔をあけて複数設けられている。位相差板３４は、偏光分離膜３２を透過した光の位相を変化させるように、光軸方向に対して偏光分離膜３２と対向している。
【００３２】
図４に示すように、偏光分離膜３２は、透光部材３１に入射した光のうち、Ｐ偏光光を透過させ、かつ、Ｓ偏光光を反射する。Ｐ偏光光は、所定の偏光方向の第１の偏光光であって、Ｓ偏光光は、上記偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光である。即ち、Ｐ偏光光とＳ偏光光は偏光方向が互いに直交している。
【００３３】
反射膜３３は、偏光分離膜３２で分離されたＳ偏光光を反射する。このようにして、偏光分離膜３２を透過したＰ偏光光と、偏光分離膜３２および反射膜３３で反射したＳ偏光光とが、光出射面３１ｂの互いに異なる部分から出射する。そして、Ｐ偏光光は、光出射面３１ｂにおけるＰ偏光光が出射する部分に設けられた位相差板３４を透過することによって、Ｓ偏光光に変換される。
【００３４】
以上のようにして、偏光変換素子１５は、光源１１が発した光のうちＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。偏光変換素子１５から出射したＳ偏光光は、光源１１が発した光として各液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに入射する。偏光変換素子１５を通過した光は、各液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに光を集光させる集光レンズ１６に入射して、集光レンズ１６を介して各液晶パネル２ｒ，２ｇ，２ｂに入射する。
【００３５】
ここで、本実施形態においては、位相差板３４が、無機物質により形成されるとともに、無機物質により形成された位相差板３４が、横方向に垂直な垂直方向である縦方向において複数設けられていることに特徴がある。
【００３６】
具体的には、平板状の位相差板３４は、縦方向を長手方向として延びる無色透明な水晶により形成されている。位相差板３４を形成する水晶は、石英を材料として製造することが可能である。水晶により形成される位相差板３４は細長く形成することが困難であって、１つの位相差板３４が設けられる光出射面３１ｂの縦方向の部位を大きくすることは困難である。しかしながら、縦方向において複数の位相差板３４が設けられることによって、位相差板３４が設けられる光出射面３１ｂの縦方向の部位を大きくすることができる。即ち、横方向において間隔をあけて１つずつ位相差板３４が設けられている場合に比べて、位相差板３４が設けられる光出射面３１ｂを大きくすることができる。
【００３７】
なお、縦方向に複数の位相差板３４を設けようとすると１ｍｍ程度の間隙Ｖが製造上必要となり、間隙Ｖに起因して色むらや照度低下が発生するおそれがある。
そこで、本実施形態においては、図５に示すように、光軸Ｌに平行な光軸方向において、縦方向において設けられた複数の単レンズ１３ａ，１４ａの境界Ｂに対して、縦方向に設けられた複数の位相差板３４の間隙Ｖが対向している。
【００３８】
即ち、間隙Ｖに起因する色むらや照度低下を抑制するために、横方向から見て、縦方向において隣り合って設けられる２つの位相差板３４が、境界Ｂを通過する直線を挟むように設けられている。このようにして境界Ｂを通過する直線上に位相差板３４の間隙Ｖが配置されている。
【００３９】
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）位相差板３４が、無機物質である水晶により形成されるとともに、水晶により形成された位相差板３４が、横方向に垂直な縦方向において複数設けられている。従って、位相差板３４が水晶により形成されているため、例えば位相差板３４がポリカーボネートフィルムにより形成されている場合に比べて、高耐熱、高耐光、高耐久の偏光変換素子１５を得ることができる。また、水晶により形成された位相差板３４が、縦方向において複数設けられているため、水晶を縦方向に長く延びるように製造することが困難であっても、水晶により形成された複数の位相差板３４を縦方向において並べて設けることにより、透光部材３１の光出射面３１ｂにおいて位相差板３４が設けられる部分を大きくすることができる。従って、偏光変換素子１５の大型化を図ることができる。
【００４０】
（２）位相差板３４は水晶により形成されている。従って、石英を材料として位相差板３４を形成することができる。
（３）照明装置１０において、第１のレンズアレイ１３及び第２のレンズアレイ１４の双方における縦方向において設けられた複数の単レンズ１３ａ，１４ａの境界Ｂに対して、縦方向において設けられた複数の位相差板３４の間隙Ｖが、光軸方向において対向している。上記構成によれば、照度分布を均一化するためのレンズアレイ１２を構成する第１のレンズアレイ１３及び第２のレンズアレイ１４の双方における複数の単レンズ１３ａ，１４ａの境界Ｂに対して、縦方向において設けられた複数の位相差板３４の間隙Ｖが、光軸方向において対向している。このため、単レンズ１３ａ，１４ａを通過した光が、縦方向において設けられた複数の位相差板３４の間隙Ｖを通過することを抑制することができ、偏光変換素子１５によって偏光光が変換される効率を確実に向上させることができる。従って、色むらや照度低下の効果的な抑制を図ることができる。
【００４１】
（４）プロジェクタ１は、上記構成の照明装置１０を備え、照明装置１０が備える光源１１が発した光を投射して映像を表示する。よって、照明装置１０が備える偏光変換素子１５によって偏光光が変換される効率を向上させることができるため、プロジェクタ１によって表示される映像の色むらや照度低下を抑制することができる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。
【００４３】
・第１のレンズアレイ１３及び第２のレンズアレイ１４の双方における複数の単レンズ１３ａ，１４ａの境界Ｂに対して、複数の位相差板３４の間隙Ｖが、光軸方向において対向していなくてもよい。即ち、例えば、第２のレンズアレイ１４が有する縦方向において設けられた単レンズ１４ａの個数が、第１のレンズアレイ１３が有する縦方向において設けられた単レンズ１３ａの個数の半数である場合に、複数の単レンズ１４ａの境界Ｂに対して、複数の位相差板３４の間隙Ｖが、光軸方向において対向していてもよい。このような構成であっても、単レンズ１４ａを通過した光が、縦方向において設けられた複数の位相差板３４の間隙Ｖを通過することを抑制することができ、偏光変換素子１５によって偏光光が変換される効率を向上させることができ、色むらや照度低下の抑制を図ることができる。
【００４４】
・位相差板３４が、縦方向において３つ以上設けられていてもよい。
・高耐熱、高耐光、高耐久の偏光変換素子１５を得ることができるのであれば、位相差板３４は、水晶以外の他の無機物質により形成されていてもよい。例えば、位相差板３４が方解石により形成されていてもよい。
【００４５】
・Ｐ偏光光が出射する部分に替えて、光出射面３１ｂにおけるＳ偏光光が出射する部分に、横方向において間隔をあけて複数の位相差板３４が設けられてもよい。即ち、偏光変換素子１５は、Ｐ偏光光をＳ偏光光に変換する光学部品であってもよく、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する光学部品であってもよい。
【００４６】
・上記実施形態においては縦方向に延びた位相差板３４が縦方向において複数設けられていたが、これに限定されるものではなく、横方向に延びた位相差板３４が横方向において複数設けられた構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…プロジェクタ（投写型映像表示装置）、２ｒ，２ｇ，２ｂ…液晶パネル、１０…照明装置、１１…光源、１２…一対のレンズアレイ、１３…第１のレンズアレイ、１３ａ…単レンズ、１４…第２のレンズアレイ、１４ａ…単レンズ、１５…偏光変換素子、１６…集光レンズ、２１…全反射ミラー、２２，２３…ダイクロイックミラー、２４…クロスダイクロイックプリズム、２５…投射レンズ、３１…透光部材、３１ａ…光入射面、３１ｂ…光出射面、３２…偏光分離膜、３３…反射膜、３４…位相差板、Ｂ…境界、Ｌ…光軸、Ｖ…間隙。
【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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