(57)【要約】【課題】結晶板を無駄なく利用することができ、比較的低コストで高性能の偏光変換装置を提供すること。【解決手段】位相差板１５は、多数の位相差素子１５ａを第２プリズム１２の透過光路の有効領域ＥＡ内に配列することによって構成される。位相差素子１５ａは、略正方形の輪郭を有する平板であり、有効領域ＥＡの長手方向であるＹ軸方向に沿って一列に配列されている。このように位相差板１５を長手方向に分割して多数の位相差素子１５ａで構成することにより、有効領域ＥＡ内に１枚の位相差素子を配置する場合に比較して、位相差素子１５ａのサイズを小さくすることができ、位相差素子１５ａを取り出す原材料としての水晶板を小さくでき、水晶板を無駄なく利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過及び反射によって２つの偏光の分離を行う偏光分離膜と、
前記偏光分離膜で反射された一方の偏光を反射する反射膜と、
前記偏光分離膜の透過光路と前記反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上の有効領域内に設けられ、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を前記有効領域内に配列することによって構成される位相差板と、
を備える偏光変換装置。
【請求項２】
前記複数の位相差素子は、それぞれ複屈折性を有する結晶を複数枚積層したものである請求項１記載の偏光変換装置。
【請求項３】
前記複数の位相差素子は、前記有効領域の長手方向に一列に配列されている請求項１及び請求項２のいずれか一項記載の偏光変換装置。
【請求項４】
前記偏光分離膜と、前記反射膜と、前記位相差板とを一組の変換ユニットとして、複数組の変換ユニットを、前記位相差板の前記有効領域の延びる方向であって前記有効領域の長手方向に垂直な方向に配列して構成する請求項１から請求項３までのいずれか一項記載の偏光変換装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の偏光変換装置を有し、前記偏光変換装置によって偏光方向を揃えた照明光を用いるプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか一項記載の偏光変換装置を有し、偏光方向を揃えた照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光変調装置と、
前記光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系と、
を備えるプロジェクタ。
【請求項７】
前記照明光学系は、光束を射出する光源と、前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、前記第１レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、前記第２レンズアレイからの光束を前記光変調装置の被照明領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、
前記偏光変換装置は、前記第２レンズアレイの入射側又は射出側に対向して配置され、
前記位相差板を構成する前記複数の位相差素子の境界は、前記第１レンズアレイによって分割された前記複数の部分光束の境界に設定される請求項５及び請求項６のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記位相差板を構成する前記複数の位相差素子は、前記第１レンズアレイによって分割された前記複数の部分光束にそれぞれ対応して設けられている請求項７記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光束を特定方向の偏光に揃えるための偏光変換装置及びこれを組み込んだ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照明装置として、液晶表示パネルを照明する照明光を無駄なく特定方向の偏光とすることができる偏光変換装置を組み込んだものが存在する。
【０００３】
このような偏光変換装置は、例えば偏光分離膜を内蔵するプリズムと、反射膜を内蔵するプリズムとを交互に接合した構造を有し、偏光分離膜の射出側に位相差板が配置されるが、この位相差板は、水晶平板を積層したものとされる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、位相差板は、ストライプ状に配列されることから配列方向に垂直な方向に長尺の形状を有するが、長手方向に対して傾いた光学軸を有する位相差板を作成するには、光学軸方向に結晶成長した略四角形の結晶板である水晶板を斜めに切り出して位相差板を作製するため、対角線状に延びる帯状部分しか利用できず水晶板の大半が無駄になってしまう。さらに、大きな位相差板を取り出すためには、大きな水晶板が必要となり、大きな水晶板を結晶成長させる時間がかかるとともにサイズの増加に伴って水晶板の価格が極端に増加してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、結晶板を無駄なく利用することができ、比較的低コストで高性能の偏光変換装置及びこれを組み込んだ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る偏光変換装置は、（ａ）透過及び反射によって２つの偏光の分離を行う偏光分離膜と、（ｂ）偏光分離膜で反射された一方の偏光を反射する反射膜と、（ｃ）偏光分離膜の透過光路と反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上の有効領域内に設けられ、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を有効領域内に配列することによって構成される位相差板とを備える。
【０００７】
上記偏光変換装置によれば、位相差板が、複屈折性を有する結晶で形成された複数の位相差素子を有効領域内に配列することによって構成されるので、有効領域内に１枚の位相差素子を配置する場合に比較して、位相差素子のサイズを小さくすることができ、位相差素子を取り出す原材料としての結晶板を小さくして結晶板を無駄なく利用することができ、位相差板の単価を抑えることができる。これにより、比較的低コストで高性能の偏光変換装置、延いては安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。
【０００８】
また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記偏光変換装置において、複数の位相差素子が、それぞれ複屈折性を有する結晶を複数枚積層したものである。この場合、位相差素子を単一の結晶板で構成する場合に比較して位相差の調整が容易になり、位相差素子の自由な厚み設定が可能になる。
【０００９】
本発明の別の具体的な態様では、複数の位相差素子が、有効領域の長手方向に一列に配列されている。この場合、位相差板を長手方向に関して複数に分割して構成することができ、位相差素子を確実に小型化することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の具体的な態様では、偏光分離膜と、反射膜と、位相差板とを一組の変換ユニットとして、複数組の変換ユニットを、位相差板の有効領域の延びる方向であって有効領域の長手方向に垂直な方向に配列して構成する。この場合、複数組の変換ユニットを組み合わせた全体として比較的広い面積に亘る光束に対して偏光変換が可能になる。
【００１１】
本発明に係るプロジェクタは、上述の偏光変換装置を有し、偏光変換装置によって偏光方向を揃えた照明光を用いる。
【００１２】
上記プロジェクタでは、比較的低コストで高性能の偏光変換装置を組み込んでおり、安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。
【００１３】
本発明に係る別のプロジェクタは、（ａ）上述の偏光変換装置を有し、偏光方向を揃えた照明光を射出する照明光学系と、（ｂ）照明光学系からの照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光変調装置と、（ｃ）光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系とを備える。
【００１４】
上記プロジェクタでは、比較的低コストで高性能の偏光変換装置を照明光学系に組み込んでおり、安価で高性能のプロジェクタを提供することができる。
【００１５】
また、本発明の具体的な態様によれば、上記プロジェクタにおいて、照明光学系が、光束を射出する光源と、光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、第１レンズアレイからの光束を個別に集光する第２レンズアレイと、第２レンズアレイからの光束を光変調装置の被照明領域上で重畳させる重畳レンズとを有し、偏光変換装置が、第２レンズアレイの入射側又は射出側に対向して配置され、位相差板を構成する複数の位相差素子の境界は、第１レンズアレイによって分割された複数の部分光束の境界に設定される。この場合、第１レンズアレイからの複数の部分光束を複数の位相差素子の境界に入射させないので、境界による光のロスを低減して効率的な偏光変換を行うことができる。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、位相差板を構成する複数の位相差素子が、第１レンズアレイによって分割された複数の部分光束にそれぞれ対応して設けられている。この場合、第１レンズアレイからの複数の部分光束ごとに位相差素子を設ければよく、個々の位相差素子を最も小さく無駄なく切り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る偏光変換装置３４の正面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の偏光変換装置の平面図である。また、図２は、図１（Ｂ）の偏光変換装置３４の構造等を説明する拡大平面図である。
【００１８】
この偏光変換装置３４は、第１及び第２プリズム１１，１２と、偏光分離膜１３と、反射膜１４と、位相差板１５と、マスク１６とを一組の変換ユニット１０として、複数組の変換ユニット１０をＸ方向に配列した構造を有する。
【００１９】
各変換ユニット１０において、第１及び第２プリズム１１，１２は、ともにガラス等で形成された透光性の部材であり、それぞれ底面（ＸＺ面に平行な面）が平行四辺形である四角柱状の形状を有している。第１及び第２プリズム１１，１２は、交互に連なることで光束が入射するＺ軸方向に対して垂直なＸＹ面に平行に延びる四角い厚板状となる。なお、偏光変換装置３４の±Ｘ軸方向の端面がＹＺ面に平行な端面となるように、偏光変換装置３４の両端の第２プリズム１２は、終端処理として、平行四辺形プリズムから三角プリズムに変形されている。
【００２０】
以上のうち、第１プリズム１１は、図２に示すように、ＸＹ面に対してともに平行な入射面１１ａ及び射出面１１ｂと、これらの面１１ａ，１１ｂに対して所定の角度をなし互いに平行な分離面１１ｃ及び反射面１１ｄとを備える。ここで、分離面１１ｃは偏光分離膜１３を支持し、反射面１１ｄは反射膜１４を支持する。なお、詳細な説明は省略するが、第２プリズム１２も同様に、射出面１２ｂと、分離面１２ｃと、反射面１２ｄとを有する。両プリズム１１，１２は、分離面１１ｃ，１２ｃ及び反射面１１ｄ，１２ｄ同士を対向させた状態で、光学接着剤によって互い違いに接着されている。
【００２１】
偏光分離膜１３は、隣接するプリズム１１，１２の分離面１１ｃ，１２ｃ間において光束の進行方向であるＺ軸方向に対して４５°傾斜した状態で配置されている。偏光分離膜１３は、入射光ＩＬの光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。ここでは、偏光分離膜１３は、誘電体多層膜からなる偏光分離素子として、偏光変換装置３４に入射した入射光ＩＬの偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射により第１の偏光として折り曲げ、Ｐ偏光を透過により第２の偏光として直進させることによって分離するものとする。なお、偏光分離膜１３は、プリズム１１の一方の傾斜側面である分離面１１ｃ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。
【００２２】
反射膜１４は、隣接するプリズム１１，１２の反射面１１ｄ，１２ｄ間において光束の進行方向であるＺ軸方向に対して４５°傾斜した状態で配置されている。つまり、反射膜１４は、第１プリズム１１を挟んで偏光分離膜１３に対向して平行に配置されている。反射膜１４は、誘電体多層膜からなる反射素子として、偏光分離膜１３により反射された第１の偏光をさらに反射することで、その光路を第２の偏光と同一の方向に変換させる。なお、反射膜１４は、第１プリズム１１の他方の傾斜側面である反射面１１ｄ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。
【００２３】
位相差板１５は、第２プリズム１２の射出面１２ｂに対向して接合されており、半波長位相差板として、偏光分離膜１３を透過したＰ偏光である第２の偏光をＳ偏光に変換する。なお、位相差板１５は、第１プリズム１１の射出面１１ｂ上に設けることもできるが、この場合、偏光分離膜１３で反射されたＳ偏光である第１の偏光をＰ偏光に変換することになる。
【００２４】
各位相差板１５は、多数の位相差素子１５ａを第２プリズム１２の透過光路の有効領域ＥＡ内に配列することによって構成される。なお、透過光路の有効領域ＥＡとは、第２プリズム１２の通過光を例えばＰ偏光からＳ偏光に変換するための領域であり、第２プリズム１２の射出面１２ｂの輪郭に対応し、結果的に位相差板１５のＸＹ面内での輪郭に相当する。これらの位相差素子１５ａは、それぞれ略正方形の輪郭を有する平板であり、有効領域ＥＡの長手方向であるＹ軸方向に沿って一列に配列されている。このように位相差板１５を長手方向に分割して多数の位相差素子１５ａで構成することにより、有効領域ＥＡ内に１枚の位相差素子を配置する場合に比較して、位相差素子１５ａのサイズを小さくすることができ、位相差素子１５ａを取り出す原材料としての水晶板を小さくでき、水晶板を無駄なく利用することができる。さらに、位相差板１５を多数の位相差素子１５ａに分割することで、位相差板１５全体に与えられる応力を低減できる。なお、位相差板１５を一枚で構成した場合、接着応力や熱応力によって割れが生じ易くなる傾向がある。
【００２５】
図３は、位相差素子１５ａの製造方法を説明する図である。図３（Ａ）は、位相差素子１５ａを構成する第１の結晶板Ｐ１の切り出しを説明する図であり、図３（Ｂ）は、位相差素子１５ａを構成する第２の結晶板Ｐ２の切り出しを説明する図である。図３（Ａ）に示す第１の結晶板Ｐ１は、結晶成長させた合成水晶から得た複屈折性を有する結晶母材Ｂ１から、辺と光学軸ＡＸ１とを４５°傾けた状態で切り出される。図３（Ｂ）に示す第２の結晶板Ｐ２も、結晶成長させた合成水晶から得た複屈折性を有する結晶母材Ｂ２から、辺と光学軸ＡＸ２とを４５°傾けた状態で切り出される。その後、図３（Ｃ）に示すように、光学軸ＡＸ１，ＡＸ２を互いに直交させるように第１の結晶板Ｐ１と第２の結晶板Ｐ２とを貼り合わせて接合し、正方形状の位相差素子１５ａを完成する。このように、２枚の結晶板Ｐ１，Ｐ２を貼り合わせて位相差素子１５ａを形成した場合、位相差素子１５ａを必要以上に薄くすることなく、位相差素子１５ａによって透過光に付与される位相差を所望量に調整することができる。すなわち、両結晶板Ｐ１，Ｐ２の光学軸ＡＸ１，ＡＸ２が直交しており、結晶板Ｐ１，Ｐ２の厚みの差が位相差を与える実効的な厚みとなっているから、各結晶板Ｐ１，Ｐ２の厚みはある程度自由に設定できる。
【００２６】
なお、両結晶板Ｐ１，Ｐ２の切り出しに際して、結晶母材Ｂ１の四隅の部分が無駄になるが、位相差素子１５ａが細長い場合に比較してその無駄は比較的少ない。さらに、位相差素子１５ａ自体が位相差板１５に比較して小さいので、両結晶板Ｐ１，Ｐ２のサイズを極めて小さくでき、それにあわせた小さいサイズの結晶母材Ｂ１，Ｂ２は結晶成長させる時間が短い上に無駄になる部分が少ないので、結晶母材Ｂ１，Ｂ２の面積あたりの単価を飛躍的に低減することができる。よって、位相差素子１５ａ延いては位相差板１５のコストを大幅に低減することができる。
【００２７】
図４は、位相差板１５を従来の方法で製造する工程を説明する図である。この場合、結晶母材Ｂ０から、細長い第１の結晶板Ｐ０が切り出される。この第１の結晶板Ｐ０は、同様の反対側に傾斜した光学軸を有する結晶板と貼り合わされる。この場合、第１の結晶板Ｐ０等の切り出しに際して、結晶母材Ｂ０の全体が殆ど無駄になる。さらに、第１の結晶板Ｐ０が位相差板１５と同一の大きさであり、結晶母材Ｂ０を位相差板１５に合わせて大きくせざるを得ず、大きいサイズの結晶母材Ｂ０は結晶成長させる時間が大変長くかかる上に無駄になる部分が多いので、結晶母材Ｂ０の面積あたりの単価が飛躍的に増大して位相差板１５のコストを大幅に増加させてしまう。
【００２８】
なお、位相差板１５を構成する位相差素子１５ａは、正方形に限らず、偏光変換装置３４の用途等に応じて長方形とすることもできる。図５は、変形例の偏光変換装置３４を説明する正面図であり、この場合、長方形の位相差素子１１５ａによって位相差板１５を構成している。図６は、図５中に示す位相差素子１１５ａの製造方法を説明する図である。図６（Ａ）に示すように、第１の結晶板Ｐ１は、長方形の輪郭を有し、略正方形の結晶母材Ｂ１から、辺と光学軸ＡＸ１とを４５°傾けた状態で切り出される。第２の結晶板Ｐ２も、同様に長方形の輪郭を有し、略正方形の結晶母材Ｂ２から、辺と光学軸ＡＸ２とを４５°傾けた状態で切り出される。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す方法を変形したものであり、結晶母材Ｂ３が長方形の輪郭を有する。この場合、第１及び第２の結晶板Ｐ１，Ｐ２を、長方形の結晶母材Ｂ１から、一括して切り出す。その後、図６（Ｃ）に示すように、光学軸ＡＸ１，ＡＸ２を互いに直交させるように第１の結晶板Ｐ１と第２の結晶板Ｐ２とを互いに裏返して貼り合わせて接合し、長方形の位相差素子１１５ａを完成する。
【００２９】
図２等に戻って、偏光変換装置３４のマスク１６は、第２プリズム１２の入射側にストライプ状に設けられており、遮光性の材料からなる遮光板として不要な光を遮断する。
【００３０】
以上の偏光変換装置３４では、図２に示すように、第１プリズム１１に入射した入射光ＩＬのうち、Ｚ軸に平行な光線ＰＬ０が、偏光分離膜１３により、これで反射される一方の偏光である第１光線ＰＬ１と、これを通過する他方の偏光である第２光線ＰＬ２とに分岐される。この際、不要な光がマスク１６により遮断される。次に、偏光分離膜１３により反射された第１光線ＰＬ１は、再度反射膜１４で反射され、位相が変わることなく射出面１１ｂからＳ偏光として射出される。一方、偏光分離膜１３を透過した第２光線ＰＬ２は、位相差板１５により位相が反転し、Ｓ偏光として射出される。以上により、偏光変換装置３４に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光光束の偏光方向がＳ偏光に揃えられた照明として同一方向に射出される。
【００３１】
図７は、図１等に示す偏光変換装置３４を組み込んだ実施形態のプロジェクタを示す模式図である。
【００３２】
このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、照明光学系３０、色分離導光光学系４０、光変調部６０、クロスダイクロイックプリズム７０、及び投射光学系８０を備えて構成される。
【００３３】
以上のプロジェクタ１００において、照明光学系３０は、被照明領域に面内照度を均一化した照明光を照射するための光学系であり、光源ランプユニット２０と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４、重畳レンズ３５とを備える。このうち、光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し、色分離導光光学系４０等を介して光変調部６０を照明するための光源であり、発光管である光源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する楕円面型の凹面鏡２２と、凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。この光源ランプユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及び凹レンズ２３を経て平行化され、前方側すなわち重畳レンズ３５側に射出される。なお、上述した楕円面型の凹面鏡２２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２２の後段に凹レンズ２３等を設けなくとも、光源ランプユニット２０から平行光束を射出させることが可能となる。
【００３４】
第１レンズアレイ３１は、光源ランプ２１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズ３１ａを備えて構成される。各小レンズ３１ａの輪郭形状は、後述する光変調部６０を構成する液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域すなわち被照明領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第１レンズアレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズ３２ａを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズ３２ａの輪郭形状が液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
【００３５】
図８（Ａ）は、両レンズアレイ３１，３２をシステム光軸ＯＡに沿った射出側の前方から見た正面図であり、第１レンズアレイ３１の小レンズ３１ａから射出される部分光束Ｌ１と、第２レンズアレイ３２の小レンズ３２ａから射出される部分光束Ｌ２との配置や分布を概念的に示している。後段の第２レンズアレイ３２から射出される部分光束Ｌ２は、前段の第１レンズアレイ３１から射出される部分光束Ｌ１と同様の配列となっている。
【００３６】
図７に戻って、第２レンズアレイ３２の射出側に対向して配置される偏光変換装置３４は、図１等を用いて既に説明したものであり、ここでは、構造の詳細な説明を省略する。このような偏光変換装置３４を用いることにより、光源ランプ２１から射出される光束を、一方向の偏光光束に無駄なく揃えることができるため、光変調部６０で利用する偏光照明光の利用率を向上させることができる。
なお、図７の偏光変換装置３４は、図１等に示す偏光変換装置３４そのものとすることもできるが、図１等に示す偏光変換装置３４を２つ組み込んだものとすることもできる。すなわち、図７のプロジェクタ１００中の偏光変換装置３４は、図１等に示す偏光変換装置３４と同様の構造を有するものを、システム光軸ＯＡを挟んで±Ｘ方向すなわち横方向に関して左右対称に２つ配置したものとすることもできる。
【００３７】
図８（Ｂ）は、偏光変換装置３４から射出される光束の一例を説明する図である。偏光変換装置３４に設けた第１プリズム１１の射出面１１ｂからは、図８（Ａ）に示す小レンズ３２ａからの部分光束Ｌ２に対応して部分光束Ｌ３が射出される。同様に、偏光変換装置３４に設けた位相差板１５を構成する各位相差素子１５ａからは、上記部分光束Ｌ３と同様に部分光束Ｌ２から分岐された部分光束Ｌ４が射出される。この際、位相差板１５を構成するマトリクス状の位相差素子１５ａの境界は、位相差板１５の長手方向に沿って一列に配列される部分光束Ｌ４の境界部分に設定される。つまり、位相差板１５を構成する各位相差素子１５ａは、第１レンズアレイ３１によって分割された位相差板１５を通過する各部分光束Ｌ４にそれぞれ対応して設けられている。これにより、各位相差素子１５ａの境界による光のロスを低減して効率的な偏光変換を行うことができ、部分光束Ｌ４に適合させて各位相差素子１５ａを極めて小さなものとできる。
【００３８】
図７に戻って、重畳レンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変換装置３４を経た複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域に対応する被照明領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ３５から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離導光光学系４０に射出される。つまり、両レンズアレイ３１，３２と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系４０を経て、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域を均一に重畳照明する。
【００３９】
色分離導光光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、コンデンサレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ、及びリレーレンズ４５，４６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色分離光学系は、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してともに傾斜した状態で配置される。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のうち緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離導光光学系４０の射出側に設けられた各色用のコンデンサレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調部６０に入射する各部分光束が、システム光軸ＯＡに対して適当な収束度又は発散度となるように設けられている。一対のリレーレンズ４５，４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている。これらのリレーレンズ４５，４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のコンデンサレンズ４３ｒ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。
【００４０】
この色分離導光光学系４０において、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射した照明光は、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を経て最終段のコンデンサレンズ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で反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれ最終段のコンデンサレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃやリレーレンズ４５，４６を経て最終段のコンデンサレンズ４３ｒに入射する。
【００４１】
光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶表示パネル（液晶表示パネル）６１ｂ，６１ｇ，６１ｒと、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｂとは、照明光を画像情報に基づいて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、緑色光ＬＧ用の液晶表示パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと、偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。
【００４２】
この光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、コンデンサレンズ４３ｂを介して液晶表示パネル６１ｂの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、コンデンサレンズ４３ｇを介して液晶表示パネル６１ｇの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、第１及び第２リレーレンズ４５，４６及びコンデンサレンズ４３ｒを介して液晶表示パネル６１ｒの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ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る。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号（画像情報）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６２ｂ，６２ｇ，６２ｒによって、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ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。
【００４３】
クロスダイクロイックプリズム７０は、射出側の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒから射出された各色光毎に変調された光束を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、液晶表示パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶表示パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１，７２を介して直進・射出させ、液晶表示パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向左側に射出させる。
【００４４】
このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された光束は、拡大投影レンズとしての投射光学系８０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。
【００４５】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、以上の説明において、位相差板１５を構成する位相差素子１５ａ，１１５ａの材料、形状、枚数等は単なる例示であり、位相差素子１５ａ，１１５ａを水晶以外の結晶材料で形成することができ、位相差素子１５ａ，１１５ａを構成する結晶板の積層数も２枚に限らず用途に応じて適宜変更することができる。
【００４６】
また、位相差素子１５ａ，１１５ａを第２プリズム１２の射出面１２ｂに接着する必要はなく、第２プリズム１２等から独立してホルダに固定することもできる。
【００４７】
また、上記実施形態では、偏光変換装置３４を第２レンズアレイ３２の射出側に対向させて配置する例について説明したが、偏光変換装置３４を第２レンズアレイ３２の入射側に対向させて配置させることも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態では、光変調装置を３つ用いたプロジェクタ１００の例について説明したが、本発明は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは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。
【００４９】
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、液晶表示パネル等を含む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表示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。なお、光変調装置は、液晶表示パネル等からなる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。
【００５０】
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７のプロジェクタ１００の構成は、いずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態に係る偏光変換装置を説明する正面図及び平面図である。
【図２】図１の偏光変換装置の動作を説明するための拡大平面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、位相差素子の製造方法を説明する図である。
【図４】比較例の位相差素子の製造方法を説明する図である。
【図５】変形例の偏光変換装置を説明する正面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５の偏光変換装置を構成する位相差素子の製造方法を説明する図である。
【図７】偏光変換装置を組み込んだプロジェクタを説明する図である。
【図８】レンズアレイや偏光変換装置から射出される光束を説明する図である。
【符号の説明】
【００５２】
３４…偏光変換装置、  １０…変換ユニット、  １３…偏光分離膜、  １４…反射膜、  １５…位相差板、  １５ａ，１１５ａ…位相差素子、  １６…マスク、  １１…第１プリズム、  １２…第２プリズム、  １１ａ…入射面、  １１ｂ，１２ｂ…射出面、  １１ｃ，１２ｃ…分離面、  １１ｄ，１２ｄ…反射面、  ＩＬ…入射光、  ＥＡ…有効領域、  Ｐ１，Ｐ２…結晶板、  Ｂ１，Ｂ２…結晶母材、  ＡＸ１，ＡＸ２…光学軸、  １００…プロジェクタ、  ３０…照明光学系、  ３１…第１レンズアレイ、  ３２…第２レンズアレイ、  ３５…重畳レンズ、  ２０…光源ランプユニット、  ２１…光源ランプ、  ４０…色分離導光光学系、  ４１ａ，４１ｂ…ダイクロイックミラー、  ６０…光変調部、  ６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ…液晶表示パネル、  ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒ…偏光フィルタ、  ７０…クロスダイクロイックプリズム、  ８０…投射光学系、  Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…部分光束、  ＯＡ…システム光軸
【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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