(57)【要約】【課題】高輝度のプロジェクタにおいても、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることのない偏光変換素子を提供する。【解決手段】入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された結晶材料からなる結晶性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成された偏光分離素子と、この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有し、前記結晶性基板は、前記偏光分離面を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有する、ことを特徴とする偏光変換素子。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された結晶材料からなる結晶性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有し、
前記結晶性基板は、前記偏光分離面を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有する、ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子において、前記結晶性基板は水晶板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
光源と、この光源からの光を変調する電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、
前記光源と前記電気光学変調素子との間に、請求項１又は２に記載の偏光変換素子を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された結晶材料からなる結晶性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子とを有し、
前記結晶性基板は、前記偏光分離面を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有する、偏光変換ユニットを複数備えたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光変換素子において、前記結晶性基板は水晶板であることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
光源と、
複数の第１の小レンズを備え、前記複数の第１の小レンズによって前記光源から出射された光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、
複数の第２の小レンズを備え、前記複数の部分光束が集光される位置近傍に配置される第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子と、を備えた照明装置であって、
前記偏光変換素子が請求項４又は５に記載の偏光変換素子であることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項６に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を変調する電気光学変調素子と、
この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
請求項６に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を赤、緑、青の３つの色光に分離する色分離装置と、
前記３つの色光をそれぞれ変調するための３つの電気光学変調素子と、
前記３つの電気光学変調素子で変調された色光を合成する色合成装置と、
この色合成装置で合成された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成され、前記透光性基板の射出側表面にλ／２位相差板が配置された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有することを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１０】
光源と、この光源からの光を変調する電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、
前記光源と電気光学変調素子との間に、請求項９に記載の偏光変換素子を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成され、前記透光性基板の射出側表面にλ／２位相差板が配置された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有する偏光変換ユニットを複数備えたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１２】
光源と、
複数の第１の小レンズを備え、前記複数の第１の小レンズによって前記光源から出射された光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、
複数の第２の小レンズを備え、前記複数の部分光束が集光される位置近傍に配置される第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子と、を備えた照明装置であって、
前記偏光変換素子が請求項１１に記載の偏光変換素子であることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を変調する電気光学変調素子と、
この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１２に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を赤、緑、青の３つの色光に分離する色分離装置と、
前記３つの色光をそれぞれ変調するための３つの電気光学変調素子と、
前記３つの電気光学変調素子で変調された色光を合成する色合成装置と、
この色合成装置で合成された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は偏光分離素子、偏光変換素子、照明装置、プロジェクタ及び偏光分離素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来のプロジェクタの光学系を示す図である。図１１に示されるように、このプロジェクタ９０は、照明装置１００と、色分離装置２００と、リレー光学装置２４０と、反射ミラー２２０と、２つのフィールドレンズ３００Ｒ、３００Ｇと、３つの液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂと、ダイクロイックプリズム４００と、投写レンズ４２０とを備えている。色分離装置２００は、ダイクロイックミラー２１０、２１２を有している。リレー光学装置２４０は、入射側レンズ２６２、反射ミラー２５２、リレーレンズ２６４、反射ミラー２５４及びフィールドレンズ２６６を有している。
【０００３】
このプロジェクタ９０は、照明装置１００から出射された光を色分離装置２００によって赤、緑及び青の３つの色光に分離し、それぞれの色光を３つの液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂによって変調し、ダイクロイックプリズム４００によって合成し、この合成光を投写レンズ４２０を介してスクリーンＳ上などに投写する。
【０００４】
このプロジェクタ９０の照明装置１００は、照明領域である液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂの有効領域をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系であって、略平行な光束を射出する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、重畳レンズ１５０とを備えている。
【０００５】
光源１１０は、光源ランプ１１２と、この光源ランプ１１２から射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出するリフレクタ１１４とを有している。光源ランプ１１２としては、輝度の高い高圧水銀ランプが用いられている。
【０００６】
第１のレンズアレイ１２０は、複数の第１の小レンズを備え、これら複数の第１の小レンズによって光源１１０から射出された光束を複数の部分光束に分割する機能を有している。
【０００７】
図１２は、第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。第１のレンズアレイ１２０は略矩形状の輪郭を有する小レンズ１２２がＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、Ｍ＝６、Ｎ＝４である。各小レンズ１２２は、光源１１０（図１１）から入射された平行な光束を複数の（すなわちＭ×Ｎ個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３０の近傍で収束させる。各小レンズ１２２をｚ方向から見た外形形状は、液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂの形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例えば、液晶パネルの照明領域（画像が表示される領域）のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ１２２のアスペクト比も４：３に設定する。
【０００８】
第２のレンズアレイ１３０は、複数の第２の小レンズを備え、これら複数の部分光束が集光される位置近傍に配置されている。第２のレンズアレイ１３０も、第１のレンズアレイ１２０の小レンズ１２２に対応するように、小レンズがＭ行Ｎ列のマトリクス状に配列された構成を有している。第２のレンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０から射出された各部分光束の中心軸（主光線）が重畳レンズ１５０の入射面に垂直に入射するように構成されている。
【０００９】
偏光変換素子１４０は、第２のレンズアレイ１３０から射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する機能を有している。
【００１０】
図１３は、偏光変換素子１４０の詳細な構造および機能を説明するための図である。偏光変換素子１４０は、図１３（Ａ）に示されるように、光軸を挟んで左右対称に配置された２つの偏光変換素子アレイ１４０Ｌ、１４０Ｒによって構成されている。この偏光変換素子アレイ１４０Ｌ、１４０Ｒは、偏光ビームスプリッタアレイ１７０Ｌ、１７０Ｒと、その光射出面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板１８０（図中斜線で示す。）とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ１７０Ｌ、１７０Ｒは、図１３（Ｂ）に示されるように、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の透光性部材１７１が、透光性の接着剤によって順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材１７１の界面には、偏光分離膜１７２と反射膜１７３とが交互に形成されている。λ／２位相差板１８０は、図１３（Ａ）に示されるように、偏光分離膜１７２又は反射膜１７３の光の射出面のｚ方向の写像部分に、選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜１７２の光の射出面のｚ方向の写像部分に貼り付けられている。
【００１１】
このように構成された偏光変換素子１４０の入射面には、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含む非偏光光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射する。
この入射光は、図１３（Ａ）中矢印で示されるように、まず、偏光分離膜１７２によってｓ偏光光とｐ偏光光に分離される。ｓ偏光光は、偏光分離膜１７２によってほぼ垂直に反射され、反射膜１７３によってさらに反射されてから射出される。一方、ｐ偏光光は、偏光分離膜１７２をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したｐ偏光光の射出面には、λ／２位相差板１８０が配置されており、このｐ偏光光がｓ偏光光に変換されて射出する。従って、偏光変換素子１４０を通過した光は、そのほとんどがｓ偏光光となって射出される。すなわち、偏光変換素子１４０は、第２のレンズアレイ１３０から射出された光をほぼ１種類の直線偏光光（例えば、ｓ偏光光やｐ偏光光）に変換して射出する機能を有する。なお、偏光変換素子１４０から射出される光をｐ偏光光としたい場合には、λ／２位相差板１８０を、反射膜１７３によって反射されたｓ偏光光が射出する射出面に配置するようにすればよい。
【００１２】
重畳レンズ１５０は、偏光変換素子１４０によってほぼ一種類の偏光光に変換された複数の部分光束を、液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂに重畳させる機能を有している。
【００１３】
このプロジェクタ９０においては、光源１１０から出射された略平行な光束は、インテグレータ光学系を構成する第１と第２のレンズアレイ１２０、１３０によって、複数の部分光束に分割される。第１のレンズアレイ１２０の各小レンズから射出された部分光束は、第２のレンズアレイ１３０の各小レンズの近傍で光源１１０の光源像（２次光源像）が形成されるように集光される。第２のレンズアレイ１３０の近傍に形成された２次光源像から出射された部分光束は、重畳レンズ１５０によって液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂの有効領域（表示に用いられる領域）上で重畳される。上記の結果、各液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂは、ほぼ均一に照明され、その結果、スクリーンＳ上などには輝度むらの抑制された画像を表示することができる。
【００１４】
また、このプロジェクタ９０においては、第２のレンズアレイ１３０と重畳レンズ１５０との間に、偏光変換素子１４０が設けられているため、従来利用されていなかったｐ偏光光又はｓ偏光光のいずれか一方の偏光成分をも利用することができ、照度の高い光を、液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂに照射することが可能となり、その結果、スクリーンＳ上などには輝度の高い画像を表示することができる。
【００１５】
しかしながら、第１のレンズアレイ１２０により集光される部分光束は偏光変換素子１４０の偏光分離面１７２の近傍で特に小さなスポットに集光されるため、特に高輝度のプロジェクタにおいては、この集光部分で多大な熱が発生する。このため透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり、接着剤が劣化したりするため、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりするという問題があった。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、高輝度のプロジェクタにおいても、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることのない偏光変換素子及び照明装置を提供することを目的とする。また、そのような照明装置を備えた高輝度のプロジェクタを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の偏光変換素子は、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された結晶材料からなる結晶性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有し、
前記結晶性基板は、前記偏光分離面を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有する、ことを特徴とする。
【００１８】
このため、本発明の偏光変換素子においては、従来の偏光変換素子のように透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、輝度の高い光源を用いても、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。
【００１９】
また、本発明の偏光変換素子は、部分光束が透光性部材を通過する必要がなくなるため、従来の偏光変換素子と比較して、透光性部材による光の吸収によるロスも少なくなる、という効果もある。
【００２０】
なお、結晶性基板にλ／２位相差板の機能を発揮させるためには、入射光束が結晶性基板に略４５度の角度で入射することを考慮して、結晶性基板の結晶軸の方向と結晶性基板の厚さを適宜調整する。
【００２１】
また、反射光学素子としては、反射ミラーと反射プリズムを好適に用いることができる。
【００２２】
また、微細格子としては、光の波長よりも細かい所定のパターンを有する金属薄膜からなる微細格子を好適に用いることができる。偏光分離効率の観点からいえば、微細格子のパターンは光の波長の１／５以下であることが好ましい。
【００２３】
微細格子としては、上記のほか、異なる屈折率を有する２種類の媒体を光の波長よりも細かい所定パターンで交互に配列したものも好適に用いることができる。この場合においても、微細格子のパターンは光の波長の１／５以下であることが好ましい。
【００２４】
（２）上記（１）に記載の偏光変換素子においては、前記結晶性基板として水晶板を好ましく用いることができる。
【００２５】
（３）本発明のプロジェクタは、光源と、この光源からの光を変調する電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、
前記光源と電気光学変調素子との間に、上記（１）又は（２）に記載の偏光変換素子を備えたことを特徴とする。
【００２６】
このため、本発明のプロジェクタは、高輝度の光源を用いることができるので、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。なお、光源と電気光学変調素子との間には、偏光変換素子に加えて光束幅変換素子が配置されてなることが好ましい。
【００２７】
（４）本発明の偏光変換素子は、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された結晶材料からなる結晶性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子とを有し、
前記結晶性基板は、前記偏光分離面を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有する、偏光変換ユニットを複数備えたことを特徴とする。
【００２８】
このため、本発明の偏光変換素子は、上記（１）に記載の偏光変換素子と同様の効果を有するうえ、本発明の偏光変換素子は、インテグレータ光学系と組み合わせることが容易となり、輝度むらの抑制された輝度の高い画像を表示することができる。
【００２９】
（５）上記（４）に記載の偏光変換素子においては、前記結晶性基板として水晶板を好ましく用いることができる。
【００３０】
（６）本発明の照明装置は、光源と、
複数の第１の小レンズを備え、前記複数の第１の小レンズによって前記光源から出射された光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、
複数の第２の小レンズを備え、前記複数の部分光束が集光される位置近傍に配置される第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子と、を備えた照明装置であって、
前記偏光変換素子が上記（４）又は（５）に記載の偏光変換素子であることを特徴とする。
【００３１】
このため、本発明の照明装置は、高輝度の光が入射しても、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがないので、プロジェクタのさらなる高輝度化が容易な照明装置となる。
【００３２】
（７）本発明のプロジェクタは、上記（６）に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を変調する電気光学変調素子と、
この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００３３】
このため、本発明のプロジェクタは、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。
【００３４】
（８）本発明のプロジェクタは、上記（６）に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を赤、緑、青の３つの色光に分離する色分離装置と、
前記３つの色光をそれぞれ変調するための３つの電気光学変調素子と、
前記３つの電気光学変調素子で変調された色光を合成する色合成装置と、
この色合成装置で合成された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００３５】
このため、本発明のプロジェクタも、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。
【００３６】
（９）本発明の偏光変換素子は、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成され、前記透光性基板の射出側表面にλ／２位相差板が配置された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有することを特徴とする。
【００３７】
このため、本発明の偏光変換素子においては、上記（１）に記載の偏光変換素子と同様に、透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。
【００３８】
本発明におけるλ／２位相差板としては、λ／２位相差板の機能を有する光学薄膜を透光性基板の射出側表面に形成したり、λ／２位相差板の機能を有する光学フィルムを透明基板の射出側表面に貼り付けたりすることによって、透明基板の射出側表面に配置する。
【００３９】
反射光学素子及び微細格子としては、上記（１）で記載したものと同様のものを好適に用いることができる。
【００４０】
（１０）本発明のプロジェクタは、光源と、この光源からの光を変調する電気光学変調素子と、この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、
前記光源と電気光学変調素子との間に、上記（９）に記載の偏光変換素子を備えたことを特徴とする。
【００４１】
このため、本発明のプロジェクタは、高輝度の光源を用いることができるので、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。なお、光源と電気光学変調素子との間には、偏光変換素子に加えて光束幅変換素子が配置されてなることが好ましい。
【００４２】
（１１）本発明の偏光変換素子は、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成され、前記透光性基板の射出側表面にλ／２位相差板が配置された偏光分離素子と、
この偏光分離素子の偏光分離面と略平行に配置され、この偏光分離面で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面を有する反射光学素子と、を有する偏光変換ユニットを複数備えたことを特徴とする。
【００４３】
このため、本発明の偏光変換素子は、上記（９）に記載の偏光変換素子と同様の効果を有するうえ、本発明の偏光変換素子は、インテグレータ光学系と組み合わせることが容易となり、輝度むらの抑制された輝度の高い画像を表示することができる。
【００４４】
（１２）本発明の照明装置は、光源と、
複数の第１の小レンズを備え、前記複数の第１の小レンズによって前記光源から出射された光束を複数の部分光束に分割する第１のレンズアレイと、
複数の第２の小レンズを備え、前記複数の部分光束が集光される位置近傍に配置される第２のレンズアレイと、
前記第２のレンズアレイから射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する偏光変換素子と、を備えた照明装置であって、
前記偏光変換素子が上記（１１）に記載の偏光変換素子であることを特徴とする。
【００４５】
このため、本発明の照明装置は、高輝度の光が入射しても、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがないので、プロジェクタのさらなる高輝度化が容易な照明装置となる。
【００４６】
（１３）本発明のプロジェクタは、上記（１２）に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を変調する電気光学変調素子と、
この電気光学変調素子で変調された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００４７】
このため、本発明のプロジェクタは、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。
【００４８】
（１４）本発明のプロジェクタは、上記（１２）に記載の照明装置と、
この照明装置からの光を赤、緑、青の３つの色光に分離する色分離装置と、
前記３つの色光をそれぞれ変調するための３つの電気光学変調素子と、
前記３つの電気光学変調素子で変調された色光を合成する色合成装置と、
この色合成装置で合成された光を投写する投写レンズと、を備えたことを特徴とする。
【００４９】
このため、本発明のプロジェクタは、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタとなる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、特に説明のない限り、光の進行方向をｚ方向、光の進行方向（ｚ方向）からみて３時の方向をｘ方向、１２時の方向をｙ方向とする。
【００５１】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。図１に示されるように、このプロジェクタ１０は、照明装置１００Ａと、色分離装置２００と、リレー光学装置２４０と、反射ミラー２２０と、２つのフィールドレンズ３００Ｒ、３００Ｇと、３つの液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂと、ダイクロイックプリズム４００と、投写レンズ４２０とを備えており、基本的には従来のプロジェクタ９０と同じ光学系を有している。実施形態１に係るプロジェクタ１０が、従来のプロジェクタ９０と異なるのは、照明装置１００Ａである。
【００５２】
実施形態１に係る照明装置１００Ａは、照明領域である液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂの有効領域をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系であって、略平行な光束を射出する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０Ａと、重畳レンズ１５０とを備えている。
【００５３】
第１のレンズアレイ１２０は、複数の第１の小レンズを備え、この複数の第１の小レンズによって光源から射出された光束を複数の部分光束に分割する機能を有している。実施形態１に係る第１のレンズアレイも、略矩形状の輪郭を有する小レンズが６行４列のマトリクス状に配列された構成を有している。各小レンズは、光源１１０から入射された略平行な光束を複数の（すなわち６×４個の）部分光束に分割し、各部分光束を第２のレンズアレイ１３０の近傍で収束させる。各小レンズをｚ方向から見た外形形状は、液晶パネル３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂの形状とほぼ相似形をなすように設定されている。
【００５４】
第２のレンズアレイ１３０は、複数の第２の小レンズを備え、これら複数の部分光束が集光される位置近傍に配置されている。第２のレンズアレイ１３０も、第１のレンズアレイ１２０の小レンズに対応するように、小レンズが６行４列のマトリクス状に配列された構成を有している。第２のレンズアレイ１３０は、第１のレンズアレイ１２０から射出された各部分光束の中心軸（主光線）が重畳レンズ１５０の入射面に垂直に入射するように構成されている。
【００５５】
偏光変換素子１４０Ａは、第２のレンズアレイ１３０から射出された光束をほぼ一種類の偏光光束に変換する機能を有している。
【００５６】
図２及び図３は、偏光変換素子１４０Ａの構造を示す図である。偏光変換素子１４０Ａは、図２（Ａ）に示されるように、偏光分離素子１８０と反射光学素子１９０とからなる偏光変換ユニット１７０を複数備えた偏光変換素子である。そして、この偏光分離素子１８０は、図３に示されるように、入射光束に対して４５度の角度をなすように配置された水晶板１８２（結晶性基板）の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面１８４が形成された構造を有している。反射光学素子１９０は、偏光分離素子１８０の偏光分離面１８４と平行に配置され、この偏光分離面１８４で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面１８４を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面１９４をガラス基板１９２上に備えた構造を有している。水晶板１８２は、偏光分離面１８４を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有している。
【００５７】
このため、実施形態１に係る偏光変換素子１４０Ａにおいては、従来の偏光変換素子１４０のように透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。
【００５８】
図４は、実施形態１に係る偏光分離素子１８０の製造方法を示す図である。まず、表面に対して略４５度の角度で入射する光束に対してλ／２位相差板の機能を有するように水晶板５８０の結晶軸の方向と厚みを調整する。その後、この水晶板５８０の表面に微細格子を構成する金属（例えば、Ａｌ）の薄膜５８２を形成し、さらにフォトレジスト５８４を形成する（図４（ａ））。その後、フォトレジスト５８４を光の波長より細かい所定のパターン形状にパターンニングする（図４（ｂ））。その後、このフォトレジスト５８４をマスクとして、金属薄膜５８２のエッチングを行い、水晶板５８０の表面に金属薄膜５８２からなる微細格子を形成する（図４（ｃ））。この工程を経て、図３に示された偏光分離素子１８０が製造される。
【００５９】
図５は、実施形態１に係る偏光変換素子１４０Ａの組立方法を示す図である。実施形態１に係る偏光分離素子１４０Ａは、図５に示されるように、凹部１６２を有する２個の台座１６０の凹部１６２に、図４の方法で製造された偏光分離素子１８０と、反射ミラーからなる反射光学素子１９０とを順次差し込んで固定することにより組み立てを行う。この工程を経て、図２に示されたような、複数の偏光変換ユニット１７０を備えた偏光変換素子１４０Ａが製造される。
【００６０】
図６は、実施形態１に係る偏光変換素子１４０Ａの他の組立方法を示す図である。実施形態１に係る偏光分離素子１４０Ａは、図６に示されるように、図４の方法などで製造された偏光分離素子１８０と反射ミラーからなる反射光学素子１９０とをスペーサ１６４を介して順次貼り付けることによって組み立てることもできる。この工程によっても、図２に示されたような、複数の偏光変換ユニット１７０を備えた偏光変換素子１４０Ａが製造される。
【００６１】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係る偏光変換素子の構造を示す図である。図７に示されるように、実施形態２に係る偏光変換素子は、実施形態１に係る偏光変換素子とは、反射光学素子の構造が異なっている。すなわち、実施形態１に係る偏光変換素子では、反射光学素子が反射ミラー１９０であるのに対して、実施形態２に係る偏光変換素子では、反射光学素子が反射プリズム１９１である。このため、実施形態２に係る偏光変換素子は、実施形態１に係る偏光変換素子と同様の効果を有するほか、偏光分離素子を透過する光と偏光分離素子で反射される光との光学的光路長の差が小さくなるという効果もある。
【００６２】
（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３に係る偏光変換素子の構造を示す図である。図８に示されるように、実施形態３に係る偏光変換素子は、実施形態１に係る偏光変換素子とは、微細格子の構造が異なっている。すなわち、実施形態１に係る偏光変換素子では、微細格子が光の波長よりも細かい所定のパターンを有する金属薄膜からなるのに対して、実施形態３に係る偏光変換素子では、異なる屈折率（ｎ１、ｎ２）を有する２種類の媒体を光の波長よりも細かい所定パターンで交互に配列したものからなる。実施形態３に係る偏光変換素子は実施形態１に係る偏光変換素子と同様の効果を有している。
【００６３】
（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４に係る偏光変換素子の構造を示す図である。図９に示されるように、実施形態４に係る偏光変換素子における偏光分離素子１８６は、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板１８７の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面１８４が形成され、射出側表面にλ／２位相差板１８８が配置された構造を有している。反射光学素子１９０は、実施形態１に係る偏光変換素子における反射光学素子１９０と同じく、偏光分離素子１８１の偏光分離面１８４と略平行に配置され、この偏光分離面１８４で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面１８４を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面１９４を有している。
【００６４】
このため、実施形態４に係る偏光変換素子においても、実施形態１に係る偏光変換素子の場合と同様に、透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。
【００６５】
（実施形態５）
図１０は、本発明の実施形態５に係るプロジェクタの光学系を示す図である。（ａ）は、偏光分離素子１４０Ｂで分離される２つの偏光の光軸が構成する平面で切断した断面図であり、（ｂ）は、その平面を光軸を中心にして９０度回転させた平面で切断した断面図である。図１０に示されるように、実施形態５に係るプロジェクタ３０は、光源１１２と、この光源１１２からの光を変調する電気光学変調素子３１０と、この電気光学変調素子３１０で変調された光を投写する投写レンズ４２１と、を備えたプロジェクタである。そして、光源１１２と電気光学変調素子３１０との間に、偏光変換素子１４０Ｂと、光束幅変換素子２８０と、を備えている。
【００６６】
偏光変換素子１４０Ｂは、図３に記載された偏光変換素子と同様の構造を有している。すなわち、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された水晶板１８２の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面１８４が形成された偏光分離素子１８０と、
この偏光分離素子１８０の偏光分離面１８４と略平行に配置され、この偏光分離面１８４で反射されたｓ偏光光束を、前記偏光分離面１８４を透過するｐ偏光光束と略平行な方向にさらに反射するための反射面１９４を有する反射光学素子１９０と、を有している。そして、この水晶板１８２は、前記偏光分離面１８４を透過したｐ偏光光束をｓ偏光光束に変換するλ／２位相差板の機能を有している。
【００６７】
このため、実施形態５の偏光変換素子においても、従来の偏光変換素子のように透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。このため、実施形態５のプロジェクタは、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタである。
【００６８】
（実施形態６）
本発明の実施形態６に係るプロジェクタの光学系も、実施形態５に係るプロジェクタとほぼ同様の構造を有している。実施形態６に係るプロジェクタが実施形態５に係るプロジェクタと異なるのは、偏光分離素子の部分である。すなわち、実施形態５に係る偏光変換素子１８０が図３に示される構造を有しているのに対して、実施形態６に係る偏光変換素子１８６は図９に示される構造を有している。すなわち、入射光束に対して略４５度の角度をなすように配置された透光性基板の入射側表面に、入射光束のうちｓ偏光光束を反射しｐ偏光光束を透過する偏光分離面が形成され、前記透光性基板の射出側表面にλ／２位相差板が配置された構造を有している。
【００６９】
このため、実施形態６に係る偏光変換素子においても、実施形態４に係る偏光変換素子の場合と同様に、透光性部材と透光性部材とを接着剤で貼り付ける必要がなくなるため、透光性部材と接着剤との間に大きな熱応力が発生したり接着剤が劣化したりすることがなくなる。その結果、透光性部材どうしが剥がれ易くなったり、透光性部材の貼り合わせ面に隙間が発生して偏光分離特性が劣化し易くなったりすることがなくなる。そのため、特に高輝度のプロジェクタに好適に用いられる偏光変換素子となる。このため、実施形態６に係るプロジェクタは、さらなる高輝度化が容易な優れたプロジェクタである。
【００７０】
上記した実施形態１、２、３及び５においては、結晶性基板として水晶板を用いたが、本発明の結晶性基板としては、これに限られず、雲母などの結晶材料を用いて結晶性基板を構成してもよい。
【００７１】
また、本発明によれば、偏光変換素子を構成する偏光分離素子及び反射光学素子の両者を無機材料で構成することもできるので、さらに偏光変換素子の耐熱性を向上させることができ、より一層の高輝度化に対応することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る偏光変換素子の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る偏光変換素子の詳細構造を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る偏光変換素子の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る偏光変換素子の組立方法を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る偏光変換素子の組立方法を示す図である。
【図７】本発明の実施形態２に係る偏光変換素子の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る偏光変換素子の構造を示す図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る偏光変換素子の構造を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係るプロジェクタの光学系を示す図である。
【図１１】従来のプロジェクタの光学系を示す図である。
【図１２】第１のレンズアレイの外観を示す斜視図である。
【図１３】従来の偏光変換素子の構造及び機能を説明するための図である。
【符号の説明】
１０、３０、９０・・・プロジェクタ
１００、１００Ａ・・・照明装置
１１０・・・光源
１１２・・・光源ランプ
１１４・・・リフレクタ
１２０・・・第１のレンズアレイ
１２２・・・小レンズ
１３０・・・第２のレンズアレイ
１４０、１４０Ａ・・・偏光変換素子
１５０・・・重畳レンズ
１６０・・・台座
１６２・・・凹部
１６４・・・スペーサ
１７０・・・偏光変換ユニット
１８０、１８１、１８６・・・偏光分離素子
１８２・・・水晶板
１８４、１８５・・・微細格子
１８７・・・透光性基板
１８８・・・λ／２位相差板
１９０、１９１・・・反射光学素子
１９２・・・ガラス基板
１９３・・・プリズム
１９４・・・反射面
２００・・・色分離装置
２１０・・・第１のダイクロイックミラー
２１２・・・第２のダイクロイックミラー
２２０、２５２、２５４・・・反射ミラー
２４０・・・リレー光学系
２６２・・・入射側レンズ
２６４・・・リレーレンズ
３００Ｒ、３００Ｇ、２６６・・・フィールドレンズ
３１０、３１０Ｒ、３１０Ｇ、３１０Ｂ・・・液晶パネル
４００・・・ダイクロイックプリズム
４２０、４２２・・・投写レンズ
Ｓ・・・スクリーン
【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】
2004029168.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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