(57)【要約】      （修正有）【課題】 偏光分離膜面と反射膜面とを細かなピッチで交互に配置する繰り返し構造を有する板状の偏光分離装置、および、その偏光分離装置を用いた投写型表示装置を提供する。【解決手段】  偏光分離装置の製造工程では、まず、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜を表面に有する板ガラスと、反射面を表面に有する板ガラスを交互に貼り合わせたガラスブロックを形成し、その貼り合わせ面に対して斜めの切断面に沿ってガラスブロックを切断する。こうして切り出された板状のブロックの側面の少なくとも１つに、偏光分離装置の位置決めのために使用可能な突出部を設けるようにしてもよい。この偏光分離装置の光出射面の一部にλ／２位相差板を貼りつけると、光源部からの光をｓ偏光またはｐ偏光のうちいずれか一方の偏光方向を有する光束として出射する偏光分離装置が得られる。このような偏光分離装置を、投写型表示装置に利用することができる。【選択図】  図１
2005043872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダムな偏光光方向を有する光を２種類の偏光成分を有する光に分離する偏光分離装置の製造方法であって、
第１の基板、偏光分離層、第２の基板、反射層の繰り返し構造を有する基板ブロックを形成する工程と、
前記基板ブロックを前記基板の面に対して所定の角度で切断する工程とを有することを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記基板ブロックを形成する工程は、
前記第１の基板上に前記偏光分離層を形成する工程と、
前記第２の基板上に前記反射層を形成する工程と、
前記偏光分離層が形成された前記第１の基板と、前記反射層が形成された前記第２の基板とを交互に重ね合る工程と、
からなることを特徴とする請求項１記載の偏光分離装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記偏光分離層が形成された前記第１の基板と、前記反射層が形成された前記第２の基板とを交互に重ねる工程において、前記基板ブロックを切断する角度に応じてその端面をずらしつつ前記第１の基板と前記第２の基板とを交互に重ねることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記基板ブロックを形成する工程は、
前記第１の基板上に前記偏光分離層を形成する工程と、
前記第２の基板上に前記反射層を形成する工程と、
偏光分離層が形成された１つの前記第１の基板と、反射層が形成された１つの前記第２の基板とを重ね合せて基本ブロックを形成する工程と、
複数の前記基本ブロックを重ね合せる工程と、
からなることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
複数の前記基本ブロックを重ね合せる工程において、前記基板ブロックを切断する角度に応じてその端面をずらしつつ重ね合わせることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記基板ブロックを前記基板の面に対して所定の角度で切断する工程の後に、切断面を研磨する工程を有することを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記基板ブロックを形成した後、前記基板ブロックの両表面を構成する前記基板のうち少なくとも一方の基板上にダミー基板を重ね合せる工程をさらに有することを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第１の基板、及び、前記第２の基板は磨き板ガラスであることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記磨き板ガラスは白板または無アルカリガラスであることを特徴とする変更分離装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第１の基板、及び、前記第２の基板はフロートガラスであることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記第１の基板、前記第２の基板のうち、一方が色付きの光透過性基板であり、他方が無色の光透過性基板であることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記反射膜は、アルミ薄膜で構成されていることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記反射膜は、アルミ薄膜と誘電体薄膜とで構成されていることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれかにおいて、
前記反射膜は、誘電体薄膜で構成されていることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４の偏光分離装置の製造方法のうち、いずれかの方法により製造されたことを特徴とする偏光分離装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の偏光分離装置を用いた偏光変換装置であって、
前記偏光分離装置の光出射面側には、前記偏光分離層により分離された２種類の偏光成分を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換手段が設けられたことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記偏光変換手段は、前記第１の基板から構成された光出射面、及び、前記第２の基板から構成された光出射面のうち、いずれか一方の面に対応して設けられたλ／２位相差層であることを特徴とする偏光変換装置。
【請求項１８】
請求項１６において、
光入射面側、光出射面側の少なくとも一方に反射防止膜を設けたことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項１９】
光源と、
前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、
請求項１６〜１８のいずれかに記載の偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの出射光を変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２０】
光源と、
前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、
請求項１６〜１８のいずれかに記載の偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの出射光を複数色の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系により分離された前記複数色の光のそれぞれを変調する複数の変調手段と、
前記変調手段により変調された光を合成する合成光学系と、
前記合成光学系により合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２１】
請求項１６において、
前記偏光分離膜の透過率特性は、前記偏光分離膜に入射する光のスペクトルの各色光のピークに対応する波長の光が所定範囲内の入射角度の差で入射した場合に、前記各色光のピークに対応する波長の光に対する透過率の差が約５％以内となるように調整されていることを特徴とする、偏光変換装置。
【請求項２２】
光入射面と、前記光入射面にほぼ平行な光出射面と、前記光入射面および光出射面と所定の角度をなす複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜および複数の反射膜と、を有する基板ブロックを備え、
前記基板ブロックの側面の中で、前記複数の界面にほぼ垂直に形成された２つの側面の少なくとも一方に、偏光分離装置を位置決めする際に使用可能な位置識別部を有することを特徴とする偏光分離装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の偏光分離装置であって、
前記位置識別部は、前記位置識別部を備えた前記側面の両側に隣接する他の２つの側面からの距離がほぼ等しい位置に存在する、偏光分離装置。
【請求項２４】
請求項２２記載の偏光分離装置であって、
前記位置識別部は、前記位置識別部を備えた前記側面の両側に隣接する他の２つの側面からの距離が異なる位置に存在する、偏光分離装置。
【請求項２５】
請求項２２ないし２４のいずれかに記載の偏光分離装置であって、
前記位置識別部は、前記側面に設けられた突出部である、偏光分離装置。
【請求項２６】
請求項２２ないし２４のいずれかに記載の偏光分離装置であって、
前記位置識別部は、前記側面に設けられた凹部である、偏光分離装置。
【請求項２７】
請求項２２ないし２４のいずれかに記載の偏光分離装置であって、
前記位置識別部は、前記側面上において他と異なる特定の色が付された部分である、偏光分離装置。
【請求項２８】
偏光分離装置の製造方法であって、
（ａ）複数の透光性基板を複数の界面を介して交互に貼り合わせることによって、前記複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜および複数の反射膜を有する複合板材を形成する工程と、
（ｂ）前記複合板材を前記複数の界面に対して所定の角度で切断することによって、ほぼ平行な光入射面と光出射面とを有する基板ブロックを生成する工程と、
（ｃ）前記基板ブロックの前記光入射面と光出射面とを研磨する工程と、
を備え、
前記工程（ａ）は、前記基板ブロックの側面の中で、前記複数の界面にほぼ垂直に形成された２つの側面の少なくとも一方に、前記偏光分離装置を位置決めする際に使用可能な位置識別部を形成する工程を備えることを特徴とする偏光分離装置の製造方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の偏光分離装置の製造方法であって、さらに、
（ｄ）前記基板ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを研磨する工程、
を備える偏光分離装置の製造方法。
【請求項３０】
請求項２８または２９記載の偏光分離装置の製造方法であって、  前記工程（ａ）は、前記複数の透光性基板の少なくとも一部を他の透光性基板からずらすことによって、前記位置識別部としての突出部を形成する工程を備える、偏光分離装置の製造方法。
【請求項３１】
請求項２２〜２７のうち、いずれかに記載の偏光分離装置を用いた偏光変換装置であって、
前記偏光分離装置の前記光出射面側には、前記偏光分離膜により分離された２種類の偏光成分を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換手段が設けられたことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項３２】
請求項３１において、
前記偏光変換手段は、前記基板により構成される前記光出射面のうち、１つおきの基板により構成される前記光出射面に対応して設けられたλ／２位相差層であることを特徴とする偏光変換装置。
【請求項３３】
請求項３１において、
前記光入射面、前記光出射面の少なくとも一方側に反射防止膜を設けたことを特徴とする偏光変換装置。
【請求項３４】
光源と、
前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、
請求項３１〜３３のいずれかに記載の偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの出射光を変調する変調手段と、
前記変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３５】
光源と、
前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、
請求項３１〜３３のいずれかに記載の偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの出射光を複数色の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系により分離された前記複数色の光のそれぞれを変調する複数の変調手段と、
前記変調手段により変調された光を合成する合成光学系と、
前記合成光学系により合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光分離装置の構成と、その製造方法と、その偏光分離装置を使った投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２６に従来の偏光ビームスプリッタの斜視図を示す。これは、三角柱の形状をしたプリズムに、偏光分離膜やアルミの反射膜を蒸着した後に、貼り合わせたものである。すなわち、プリズム７１、７２、７３、７４はＢＫ７を材質とした研磨品であり、４個が一組の繰り返し単位となって、全体を構成している。プリズム７２のプリズム７１と接する面には偏光分離膜７５が無機質の薄膜で蒸着成形されている。また、プリズム７３のプリズム７４と接する面にはアルミの反射膜７６が蒸着されている。プリズム７１、７２、７３、７４は接着剤で各面が互いについている。光線７７がプリズム７２に入ると、偏光分離膜７５で、光入射面に対してＰ偏光成分は透過光７７として、プリズム７１を通って外へ出ていく。一方、Ｓ偏光成分は偏光分離膜７５で反射した後にプリズム７３に入り、反射膜７６で反射して、Ｓ偏光光線７８として外へ出ていく。このように、従来は偏光分離膜を持つプリズムと反射膜を持つプリズムの貼り合わせによる繰り返し構造で偏光ビームスプリッタが形成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の方法では、三角プリズムを一個一個研磨して、蒸着して貼り合わせるので、偏光分離膜と反射膜の繰り返し構造を細かくして、全体を薄い構造にすることはできなかった。なぜなら、繰り返し構造を細かくすると、より細い三角プリズムを作成する必要があり、プリズムの稜線がプリズム研磨のために欠けてしまい、そこで光が透過しなくなるので、明るさが低下するといった問題があった。また、プリズムの高さをそろえることも、プリズムが細かくなればなるほど大変な作業となる。また、貼り合わせ時の問題として、各プリズムの貼り合わせ角度がずれたり、光の光入射面、光出射面がでこぼこし、段差がついてしまうといった問題点があった。よって、段差となって飛び出した稜線部が割れやすく、また、光の入、光出射面に他の光学素子を設けるのが困難であった。また、各プリズムの貼り合わせ時の角度がずれると、プリズムによって、入射光と出射光で光軸が変わってしまうという問題も生じる。
【０００４】
本発明は、これらの課題に対して解決策を与えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明による第１の方法は、ランダムな偏光光方向を有する光を２種類の偏光成分を有する光に分離する偏光分離装置の製造方法であって、第１の基板、偏光分離層、第２の基板、反射層の繰り返し構造を有する基板ブロックを形成する工程と、前記基板ブロックを前記基板の面に対して所定の角度で切断する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】
上記の方法によれば、個々の偏光分離層と反射層の面の研磨が不要であるという効果がある。また、繰り返されている偏光分離層と反射層の平行度が、個々の四面体プリズムの貼り合わせ構造に比べて高いという効果がある。さらに、同じ構造で同じ特性の偏光分離装置を、基板ブロックの切り出しによって、数多く容易に作れるという効果もある。
【０００７】
上記第１の方法において、前記基板ブロックを形成する工程は、前記第１の基板上に前記偏光分離層を形成する工程と、前記第２の基板上に前記反射層を形成する工程と、前記偏光分離層が形成された前記第１の基板と、前記反射層が形成された前記第２の基板とを交互に重ね合る工程と、からなることが好ましい。こうすれば、基板ブロックを容易に形成することができる。
【０００８】
上記第１の方法において、さらに、前記偏光分離層が形成された前記第１の基板と、前記反射層が形成された前記第２の基板とを交互に重ねる工程において、前記基板ブロックを切断する角度に応じてその端面をずらしつつ前記第１の基板と前記第２の基板とを交互に重ねることが好ましい。
【０００９】
基板の端面をずらしつつ重ねるようにすれば、基板ブロックを切断する際に発生する基板の無駄を低減することができる。
【００１０】
また、上記第１の方法において、前記基板ブロックを形成する工程は、前記第１の基板上に前記偏光分離層を形成する工程と、前記第２の基板上に前記反射層を形成する工程と、偏光分離層が形成された１つの前記第１の基板と、反射層が形成された１つの前記第２の基板とを重ね合せて基本ブロックを形成する工程と、複数の前記基本ブロックを重ね合せる工程と、からなることが好ましい。こうすれば、複数の基本ブロックを重ねるだけで、所望の大きさの基板ブロックを容易に形成することができる。
【００１１】
上記の複数の前記基本ブロックを重ね合せる工程において、前記基板ブロックを切断する角度に応じてその端面をずらしつつ重ね合わせることが好ましい。こうすれば、基板切断する際に発生する基板の無駄を低減することができる。
【００１２】
上記第１の方法において、前記基板ブロックを前記基板の面に対して所定の角度で切断する工程の後に、切断面を研磨する工程を有することが好ましい。こうして研磨された２つの切断面は、平坦な光入射面および光出射面となる。
【００１３】
また、上記第１の方法において、前記基板ブロックを形成した後、前記基板ブロックの両表面を構成する前記基板のうち少なくとも一方の基板上にダミー基板を重ね合せる工程をさらに有することが好ましい。こうすれば、最外部を割れや欠けにより損なうことがなくなるので、最外部を通過する光の損失を低減できる。
【００１４】
また、上記第１の方法において、前記第１の基板、及び、前記第２の基板は磨き板ガラスであることが好ましい。また、前記磨き板ガラスは白板または無アルカリガラスであることがこのましい。あるいは、前記第１の基板、及び、前記第２の基板はフロートガラスであることが好ましい。磨き板ガラスやフロートガラスを使用すれば、偏光分離膜と反射膜の繰り返し精度を容易に安価に上げることができる。
【００１５】
また、上記第１の方法において、前記第１の基板、前記第２の基板のうち、一方が色付きの光透過性基板であり、他方が無色の光透過性基板であることが好ましい。こうすれば、２枚の基板の色から、偏光分離層と反射層の位置を容易に識別することができる。
【００１６】
なお、前記反射膜は、アルミ薄膜で構成されていてもよく、誘電体薄膜で構成されていてもよい。あるいは、アルミ薄膜と誘電体薄膜とで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明による第１の偏光分離装置は、上述の偏光分離装置の製造方法のうち、いずれかの方法により製造されたことを特徴とする。この偏光分離装置によれば、偏光分離層と反射層の繰り返し構造を、基板の厚さと数量に応じて設定できる。つまり、細かい繰り返しで、多くの繰り返し構造を薄い基板の中に構成可能である。偏光分離層と反射層の平行性は基板の精度で決まるので、容易に高精度の平行度が得られる。また、繰り返しの配列も精度良く規則正しく構成できる。また、光入射面と光出射面もきれいであり、位相差板を貼ったり、反射防止膜を付ける等の処理がしやすい。
【００１８】
上記第１の偏光分離装置において、前記偏光分離装置の光出射面側には、前記偏光分離層により分離された２種類の偏光成分を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換手段が設けられることが好ましい。こうすれば、２種類の偏光成分を有する光を入射して、１種類の偏光成分を有する光を出射することができる。
【００１９】
前記偏光変換手段は、前記第１の基板から構成された光出射面、及び、前記第２の基板から構成された光出射面のうち、いずれか一方の面に対応して設けられたλ／２位相差層であることが好ましい。こうすれば、１種類の直線偏光を出射することができる。
【００２０】
上記第１の偏光分離装置において、光入射面側、光出射面側の少なくとも一方に反射防止膜を設けることが好ましい。こうすれば、表面における反射による光の損失を低減することができる。
【００２１】
本発明による第１の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、上述したいずれかの偏光変換装置と、前記偏光変換装置からの出射光を変調する変調手段と、前記変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明による第２の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、上述したいずれかの偏光変換装置と、前記偏光変換装置からの出射光を複数色の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系により分離された前記複数色の光のそれぞれを変調する複数の変調手段と、前記変調手段により変調された光を合成する合成光学系と、前記合成光学系により合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする。
【００２３】
なお、前記偏光分離膜の透過率特性は、前記偏光分離膜に入射する光のスペクトルの各色光のピークに対応する波長の光が所定範囲内の入射角度の差で入射した場合に、前記各色光のピークに対応する波長の光に対する透過率の差が約５％以内となるように調整されていることが好ましい。
【００２４】
本発明による第２の偏光分離装置は、光入射面と、前記光入射面にほぼ平行な光出射面と、前記光入射面および光出射面と所定の角度をなす複数の界面で順次貼り合わされた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜および複数の反射膜と、を有する基板ブロックを備え、前記基板ブロックの側面の中で、前記複数の界面にほぼ垂直に形成された２つの側面の少なくとも一方に、偏光分離装置を位置決めする際に使用可能な位置識別部を有することを特徴とする。
【００２５】
上記第２の偏光分離装置によれば、偏光分離装置の側面に、位置識別部が設けられているので、偏光分離装置を他の装置に使用する際に、比較的正確に位置決めすることができる。
【００２６】
上記第２の偏光分離装置において、前記位置識別部は、前記位置識別部を備えた前記側面の両側に隣接する他の２つの側面からの距離がほぼ等しい位置に存在することが好ましい。こうすれば、光学素子の中央部における位置決め精度を高くすることができる。
【００２７】
あるいは、前記位置識別部は、前記位置識別部を備えた前記側面の両側に隣接する他の２つの側面からの距離が異なる位置に存在することが好ましい。こうすれば、偏光分離装置の向きを、位置識別部から判断することができる。
【００２８】
前記位置識別部は、前記側面に設けられた突出部であるとしてもよい。また、前記位置識別部は、前記側面に設けられた凹部であるとしてもよい。あるいは、前記位置識別部は、前記側面上において他と異なる特定の色が付された部分であるとしてもよい。
【００２９】
本発明による偏光分離装置の製造のための第２の方法は、（ａ）複数の透光性基板を複数の界面を介して交互に貼り合わせることによって、前記複数の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜および複数の反射膜を有する複合板材を形成する工程と、（ｂ）前記複合板材を前記複数の界面に対して所定の角度で切断することによって、ほぼ平行な光入射面と光出射面とを有する基板ブロックを生成する工程と、（ｃ）前記基板ブロックの前記光入射面と光出射面とを研磨する工程と、を備え、前記工程（ａ）は、前記基板ブロックの側面の中で、前記複数の界面にほぼ垂直に形成された２つの側面の少なくとも一方に、前記偏光分離装置を位置決めする際に使用可能な位置識別部を形成する工程を備えることを特徴とする。第２の方法によれば、上記第２の偏光分離装置を製造することができる。
【００３０】
上記第２の方法において、さらに、（ｄ）前記基板ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを研磨する工程、を備えることが好ましい。こうすれば、偏光分離装置となる基板ブロックの光入射面と光出射面とを容易に研磨することができるので、偏光分離装置を容易に製造することができる。
【００３１】
上記第２の方法において、前記工程（ａ）は、前記複数の透光性基板の少なくとも一部を他の透光性基板からずらすことによって、前記位置識別部としての突出部を形成する工程を備えることが好ましい。こうすれば、位置識別部としての突出部を容易にかつ精度良く形成することができる。
【００３２】
本発明による偏光変換装置は、上記第２の方法いずれかの偏光分離装置を用いた偏光変換装置であって、前記偏光分離装置の前記光出射面側には、前記偏光分離膜により分離された２種類の偏光成分を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換手段が設けられたことを特徴とする。
【００３３】
前記偏光変換手段は、前記基板により構成される前記光出射面のうち、１つおきの基板により構成される前記光出射面に対応して設けられたλ／２位相差層であることが好ましい。また、前記光入射面、前記光出射面の少なくとも一方側に反射防止膜を設けたことが好ましい。
【００３４】
本発明による第３の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、上記第７の発明のいずれかの偏光変換装置と、前記偏光変換装置からの出射光を変調する変調手段と、前記変調手段により変調された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする。
【００３５】
本発明による第４の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を複数の中間光束に分割する第１のレンズ板、第２のレンズ板からなるインテグレータ光学系と、上記第７の発明のいずれかの偏光変換装置と、前記偏光変換装置からの出射光を複数色の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系により分離された前記複数色の光のそれぞれを変調する複数の変調手段と、前記変調手段により変調された光を合成する合成光学系と、前記合成光学系により合成された光を投写する投写光学系とを有することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に本発明の偏光分離装置（光学素子とも呼ぶ）の製造方法、および、偏光分離装置の構造を実施例によって説明する。
【００３７】
Ａ．第１実施例：
図１に本発明の偏光ビームスプリッタの製造方法を表す第１の例を示す斜視図を示す。青板フロートガラス１には無機物質からなる多層薄膜による構成の偏光分離膜２が蒸着してある。また、青板フロートガラス４には、アルミの反射膜が蒸着されている。このアルミの反射膜５は青板フロートガラス４との間に一層以上の無機質の薄膜を蒸着することで、反射率を高めてある。この２枚の青板フロートガラス１、４を接着剤３により、貼り合わせることにより、基本構成ガラス体７とする。同様に基本構成ガラス体８、９を構成し、端面をずらせて接着剤６により貼り合わせる。このように、複数の基本構成ガラス体が貼り合わされたものを、ガラスブロック１９と呼ぶ。ガラスブロック１９の両面には、後で詳しく説明するダミーガラス１０、１２がそれぞれ設けられている。
【００３８】
なお、この明細書では、板ガラスやダミーガラスのような板状の透光性部材を「透光性基板」または単に「基板」とも呼ぶ。また、板ガラスやダミーガラスを貼り合わせて形成されたガラスブロック１９や、これから切り出されたブロックを、「基板ブロック」とも呼ぶ。
【００３９】
図２は、図１に示す基板ブロックの平面図および正面図である。この基板ブロックは、切断機で切断面１４、１５、１６、…に沿って切断される。なお、図２では、接着剤層３と、偏光分離膜２と、反射膜５の図示を省略している。図１から解るように、本例では切断面１４，１５，１６、…が偏光分離膜２、反射膜５に対して４５度となるように切断している。最後に、切断面を研磨することにより、偏光ビームスプリッタを得ることができる。図３（Ａ）は、こうして製造された偏光ビームスプリッタ２０の斜視図、図３（Ｂ）はその平面図である。なお、この偏光ビームスプリッタ２０の両端部を切断して、略直方体形状とすれば、投写型表示装置等の光学装置に組み込む際に便利である。
【００４０】
この偏光ビームスプリッタ２０においては、偏光分離面と反射面が、切断面１４、１５に対して４５度の角度で交互に並んでいる。この構造によれば、偏光分離膜２とアルミの反射膜５の間隔は青板フロートガラス１、４の厚さによって決まることがわかる。つまり、板の厚みを薄いものを用いることで、たいへんピッチの細かい偏光ビームスプリッタを構成することができる。これは、従来のような三角プリズムの貼り合わせではできないことである。また、本実施例では切断面１４、１５、１６…が最終工程で研磨されるので、光入射面、光出射面において高い平面性が確保できる。つまり、三角プリズムを貼付けた時に生じる相互のずれの問題や、切断面１４、１５、１６、…に相当する光入出射面に凹凸ができたり、接着剤が漏れて、光入射面が汚れたりするといった問題が解決される。その結果、光が切断面１４、１５、１６、…に対して垂直方向から偏光ビームスプリッタ２０に入射する時に、光軸が真っ直ぐのまま保たれ、光が散乱しないといった効果がある。また、基材に青板フロートガラスを使うことで、偏光分離膜２と、アルミの反射膜５の繰り返しの間隔が、ガラスの厚みで管理されるので、同じ大判のフロートガラスから、ガラスブロック１９を作れば、偏光分離膜と反射膜との間隔を均等にすることが可能である。したがって、後に述べるように液晶プロジェクター等の投写型表示装置に、本実施例の偏光ビームスプリッタを採用すれば、偏光分離膜や反射膜の繰り返し位置精度が高く、平行性も高いことから、光の偏光分離効率を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、本例ではガラスブロック１９の両側に割れ欠け防止用のダミーガラス１０、１２が接着剤１１、１３によって貼り付けられている。このダミーガラス１０、１２はガラスブロック１９の切断時に切り出されていく板状の偏光ビームスプリッタのガラスの鋭角部が、割れたり欠けたりするのを防ぐためのものである。つまり、このダミーガラスのエッジが割れたり、欠けたりすることで、偏光分離膜２を有する青板フロートガラス１の割れや欠けを防ぐのである。
【００４２】
また、本例の製造方法によれば、同じ構造で、同様の精度を有する偏光ビームスプリッタを一度にたくさん製造することができるといった効果がある。つまり、ガラスブロック１９を切断機械にセットし、切断面１４、１５、１６、…に沿って切断することにより、同じ構造で同様の精度を有する偏光ビームスプリッタができあがる。このように本例の製造方法を用いれば、均質な偏光ビームスプリッタを多量に生産できるといった効果がある。以上の効果は、貼り合わされているプリズムの大きさが細かくなり、板ガラスの貼り合わせの数が多くなればなるほど、有効となる。なお、本例では、切断面１４，１５，１６，…が偏光分離膜２、反射膜５に対して４５度となるように切断を行っているが、この角度は必ずしも４５度である必要はない。
【００４３】
また、本例では、ガラスに青板フロートガラスを使ったので、蒸着面の研磨は不要である。つまり、素材をそのまま使って、精度が出るのである。これは、従来の三面研磨の三角プリズムの貼り合わせの製法に比べ、格段に優れている。また、切断や研磨時のガラスの欠けも最外周のガラスのみである点も、光の損失が少なくなるといった点で優れている。また、多層薄膜を蒸着する際も、大きな板ガラスに蒸着した方が、装置への取り付けや、検査が容易であるといった点から、質の良い蒸着膜が得られるといった効果が出る。なお、青板フロートガラスの代わりに磨き板ガラスを使用すれば、さらにその精度を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、本例では、まず基本構成ガラス体７、８、９を２枚の板ガラスの貼付で作るため、品質の良い偏光ビームスプリッタを得ることができる。それは、気泡がないことが目視により確認できる、あるいは接着剤を均質に硬化することができることによる。この、基本ガラス体の中の通過する光が大切であり、隣り合う基本ガラス構成体の間で反射する光は、もともと有効な光ではない。基本ガラス体と基本ガラス体の間の接着は、アルミの反射膜が何層にもなるので、気泡などが確認できず、接着にもむらができる場合がある。しかし、ここには気泡１７があっても、むら１８があってもよく、接着されてさえいればよいのである。つまり、本実施例の製法によれば、基本構成ガラス体内の重要な接着については品質が確保されるので、偏光分離特性が優れているといえる。
【００４５】
なお、反射膜５はアルミニウム膜のみで形成してもよいが、本例のようにアルミニウム膜と誘電体多層膜（誘電体薄膜）とで反射膜５を形成することによって、その反射率を約３％〜約５％高めることが可能となる。このことは、光の利用効率を高めるとともに、反射膜５における光吸収を低減することにより、偏光ビームスプリッタの発熱を抑え、信頼性を高めることにもつながる。
【００４６】
図４に本発明の偏光ビームスプリッタの他の例と、その偏光ビームスプリッタを用いた偏光変換装置の断面図を示す。図３に示した偏光ビームスプリッタでは、青板フロートガラス１，４を用いたが、本例ではこれらの代わりに白板ガラス２２と青板ガラス２４とを用いている。２３は偏光分離膜であり、異なる二種類の無機質を幾層も白板ガラス２２上に蒸着してある。２５はアルミの反射膜であり、青板ガラス２４上に蒸着してある。これらは、接着剤３５で接着されている。偏光分離膜２３が蒸着された白板ガラス２２と、反射膜２５が蒸着された青板ガラス２４とが順次接着剤で２１で貼り合わされ、全体の偏光ビームスプリッタ３６を構成している。この偏光ビームスプリッタ３６の製造方法は、前述したように、偏光分離膜２３を有する大きなサイズの平板の白板ガラス２２とアルミの反射膜２５を有する大きなサイズの平板の青板ガラス２４とを交互に接着した後に、前記接着面に対して斜めに切断して、板状のブロックを作成してから、切断面を研磨するというものである。したがって、本例の偏光ビームスプリッタ３６は、白板ガラス２２と青板ガラス２４とが研磨面で段差がなくつながって、一体に構成されているといった特徴がある。精度は、構成される白板ガラス２２と青板ガラス２４によって決まるが、かなりの高精度が期待できる。一般に板ガラスは厚みが薄いほど厚みに関する精度が高いことから、偏光分離膜２３と、アルミの反射膜２５のピッチが細かくなり、偏光ビームスプリッタ３６の厚みが薄くなるほど、精度が上がる。つまり、薄くて精度の高い偏光ビームスプリッタを得ることが可能である。
【００４７】
また、３１と３２は光が表面で反射するのを防ぐために無機物質からなる薄膜で低温形成された反射防止膜である。反射防止膜３１、３２を偏光ビームスプリッタ３６の光入射面側と光出射面側とにそれぞれに低温形成することで、薄膜形成時に接着剤２１、３５の接着力が弱まり、相互のガラスが剥がれたり、ずれたりすることを防いでいる。この反射防止膜３１、３２の低温形成により、光の表面での損失がない構成が可能となる。偏光ビームスプリッタ３６を構成する青板ガラスの下面（光出射面）側にはλ／２位相差板２６が設けられている。低温形成による反射防止膜３２はこのλ／２位相差板２６を青板ガラス２４上に貼った後に形成されている。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ３６、選択的に設けられたλ／２位相差板２６、および、矩形状に構成されたレンズ群３３とにより、ランダムな偏光軸を持つ光線（以下、「ランダムな偏光光」という）を、一方向の偏光軸を持つ光線に変換する、偏光変換装置が構成されている。このシステムについて説明する。レンズ群３３は白板ガラス２２と青板ガラス２４を一枚ずつ接着したブロックの研磨面状での幅と同じピッチのレンズの集合体である。光がレンズ群３３に入射すると、屈折して、光２７のように白板ガラス２２の研磨面に集光される。この研磨面には、反射防止膜３１があり、ここでの光の損失はなく、ほぼすべての光が白板ガラス２２内に入射する。偏光分離膜２３により、光２７はＰ偏光光２９とＳ偏光光２８に分離される。Ｓ偏光光２８はアルミの反射膜２５で反射された後、反射防止膜３２を通って出射する。λ／２位相差板２６の光軸は、Ｐ偏光光の偏光軸に対して４５度に設定されている。したがって、Ｐ偏光光２９は、λ／２位相差板で偏光軸が９０度回転して、Ｓ偏光光２８と同じ偏光軸をもつＳ偏光光３０になる。以上のように、本実施例によればランダムな偏光光２７から、偏光軸の揃った偏光光２８、３０を得ることができる。以上のように本実施例では偏光ビームスプリッタ３６をレンズ群３３やλ／２位相差板２６と組み合わせたり、低温形成の反射防止膜３１、３２を表面に付けたりして、効率よくランダムな偏光光から一種類の偏光光を作り出す偏光変換装置を実現している。
【００４９】
本例の偏光ビームスプリッタ３６は、一方の板ガラスに無機物質からなる多層薄膜で構成された偏光分離膜を蒸着し、もう一方の板ガラスにアルミの反射膜を蒸着した後に、切断して、研磨したので板ガラスの厚みに応じて薄い板状の構成まで可能である。また、偏光分離膜２３による反射光が通過する光路長の長い方の板ガラスを白板ガラス２２にしたことで、そこでの光の吸収を抑えられる効果がある。また、他方を青板ガラス２４としているが、白板ガラス２２と青板ガラス２４の区別は容易である。従って、左右の最外部に位置するガラスを一方は白ガラス、他方を青板ガラスとしておくことで、偏光分離膜と反射膜の位置が容易に区別できることになる。よって、アルミの反射膜２５と白板ガラス２２との間に無機物質からなる薄膜を設け、反射率をかなり高めたような場合に、偏光分離膜と反射膜の反射面の配置を反対にしてしまい、その効果を無駄にしてしまうようなこともなくなる。
【００５０】
また、本例では、ガラス板を貼り合わせた後、切断研磨することにより、偏光変換装置を製造しているので、ピッチが細かく、小型の偏光変換装置を提供することが可能となる。また、繰り返しピッチが細かくなったときには、図５に示すようにλ／２位相差板３８を短冊状に窓を開けた構成とし、これを偏光ビームスプリッタ３７の光出射面側に設ければよい。
【００５１】
以上説明したように、上記の製造方法によれば、無機物質の多層薄膜等で構成された偏光分離膜を表面に有する板ガラスと、反射膜を表面に有する板ガラスとを交互に貼り合わせたガラスブロックから、貼り合わせ面に対して所定の角度で切り出すことにより、偏光ビームスプリッタにおける偏光分離膜と反射面の繰り返し構造を、板ガラスの厚さと数量に応じて設定できる。つまり、細かい繰り返しで、多くの繰り返し構造を薄い板の中に偏光ビームスプリッタとして、構成することが可能となり、また、各面の平行性は板ガラスの精度で決まるので、容易に精度の高い平行度が得られるとともに、偏光分離面と反射面の、繰り返しピッチの精度も高く構成することができる。さらに、光の光入射面と光出射面が均一であるため、位相差板を貼ったり、反射防止膜を付ける等の処理がしやすい。
【００５２】
また、製法については、個々の偏光分離膜と反射膜の面の研磨が不要であること、繰り返されている偏光分離膜と反射膜の平行度が、個々の四面体プリズムの貼り合わせ構造に比べて高いこと、偏光分離面や反射面の割れやかけがないこと、同じ構造で、同様の特性を有する偏光ビームスプリッタが、板ガラスの切り出しによって数多く容易に作れるといった効果がある。また、偏光分離膜や反射膜の蒸着は板ガラスのまま行えるので、蒸着方法も特殊なものは必要がなく、膜の特性の検査も容易である。検査が容易であれば、特性も出しやすく、生産も安定する。
【００５３】
また、偏光分離膜を有する一枚の板ガラスと反射膜を有する一枚の板ガラスとを貼り合わせることにより基本構成ガラス体を作成することで、有効な光が通過する貼り合わせにおける気泡や、接着むらを抑えることができる。
【００５４】
また、板ガラスとしてフロートガラスを使うことで、偏光分離膜と反射膜の繰り返し精度を容易に安価に上げることができる。
【００５５】
また、偏光ビームスプリッタの光出射面に偏光状態を揃える偏光変換手段を設けることにより、ランダムな偏光光を、同じ偏光状態を有する偏光光に変換する偏光変換装置を構成することができる。このような偏光変換装置を液晶プロジェクター等の投写型表示装置に応用すれば、光源から出射された光のほとんどを照明光として利用することができるため、その投写画像の明るさを格段に向上させることが可能となる。なお、以上に述べた例では、λ／２位相差板を偏光ビームスプリッタの光出射面に選択的に設けることでこの構成を達成しているが、偏光変換を行なう手段としては、この方法に限られるものではない。
【００５６】
また、無機物質の薄膜からなる反射防止膜を偏光ビームスプリッタの表面に低温形成することで、偏光ビームスプリッタ内に使われている接着剤を痛めることなく、表面での光の損失を防ぐ構造を実現することができる。特に、表面に前述の偏光変換手段を設け、λ／２位相差板を貼り付けた後、反射防止膜を低温形成すれば、その効果が大きい。
【００５７】
また、両端部に割れ、欠け防止用のダミーガラスを貼り合わせて構成することで、両端部に存在する偏光分離膜を割れや欠けにより損なうことがなくなる。つまり、その部分を通過する光を無駄にすることがない。なお、前に述べた例では、両端部にダミーガラスを設けているが、片側にのみ設ける構成としても良い。
【００５８】
また、偏光分離膜が蒸着された板ガラスと、反射膜が蒸着された板ガラスのうち、一方を白板ガラスまたは無アルカリガラス、他方を色付きガラスとすることで、偏光分離面と反射面の位置を明確にできるので、表裏の区別を容易に付けることが可能となる。
【００５９】
なお、反射膜としては、アルミニウム膜以外のものを使用することができ、例えば誘電多層膜を使用することができる。アルミニウム製の反射膜を用いれば、光の入射角度に反射率が依存せず、偏光ビームスプリッタから出射される光に色むらが生じにくいという効果がある。一方、誘電体多層膜（誘電体薄膜）で構成された反射膜を用いれば、反射率を高めることが可能となる。
【００６０】
また、光源と、複数の矩形レンズからなる第一のレンズ板と、前記第一のレンズ板を構成する複数の矩形レンズ板と同数の集光レンズからなる第二のレンズ板により、インテグレーター照明系を構成し、これと上記の偏光変換装置を組み合わせることにより、光源から出射されたランダムな偏光光を、同じ偏光状態を有する偏光光に変換する偏光照明装置を得ることができる。従来の投写型表示装置では、Ｐ偏光光束、または、Ｓ偏光光束のうちのいずれか一方が液晶パネル等の変調素子に設けられた偏光板で吸収されていたが、この偏光照明装置を用いれば、係る光の吸収は発生しない。よって、光の利用効率が高く、明るい投写型表示装置を得ることができる。
【００６１】
また、上記の偏光変換装置とインテグレーター照明系とを組み合わせて液晶プロジェクター等の投写型表示装置を構成すれば、明るくむらのない画面が得られる。また、さらに照明の均一性と明るさを向上させることを目的として、インテグレーター照明系を構成するレンズ板のレンズの分割数を増やしたとしても、上記の偏光変換装置の構成によれば、それに対応して偏光ビームスプリッタの偏光分離膜の数を増やすことが容易に可能である。すなわち、貼り合わせる板ガラスの厚みを薄くして、数を増やせばよい。また、偏光分離膜の数が増えれば増えるほど、偏光ビームスプリッタの自体の大きさは薄くなっていくので、光学系の中に配置することもさらに容易となる。したがって、上記の偏光変換装置を用いれば、照明むらがなく明るい投写型表示装置を提供することができる。
【００６２】
Ｂ．第２実施例：
図６は、第２実施例による偏光ビームスプリッタの製造に使用される板ガラスブロックの斜視図である。また、図７（Ａ）はその平面図、図７（Ｂ）は正面図である。図６に示す板ガラスブロックは、互いに貼り合わされた６つの基本構成ガラス体８０，８１と、それらの両端に貼り付けられたダミーガラス８２，８４とを有している。各基本構成ガラス体８０，８１は、図１に示す第１実施例の基本構成ガラス体と同じ構成を有しており、同じ工程に従って製造される。
【００６３】
図６および図７（Ｂ）から解るように、６つの基本構成ガラス体８０，８１の中で、右から３番目の基本構成ガラス体８１の高さ方向の位置が、他の基本構成ガラス体８０から上方に高さＨ０だけ突出している。突出高さＨ０の値としては、板ガラスブロックの高さＨ（本例では約７０ｍｍ）に対し、３％程度（すなわち本例では約２ｍｍ程度）の値が好ましい。
【００６４】
図７（Ｂ）から解るように、この板ガラスブロックの上端面では１つの基本構成ガラス体８１のみが突出して凸部を形成しており、下端面ではこの基本構成ガラス体８１が凹部を形成している。従って、この板ガラスブロックから切り出された偏光ビームスプリッタでは、この凸部と凹部から、その上下を判断しやすいという利点がある。
【００６５】
なお、図６と図７（Ａ）において、上方に突出している基本構成ガラス体８１の上面に斜線を付したのは、単に図を見やすくするためである。実際には、他の基本構成ガラス体と識別するための特別な色を付ける必要はない。
【００６６】
この板ガラスブロックを、切断面８４ａ，８４ｂに沿って切断することによって、１つの偏光ビームスプリッタとして使用される基板ブロック（透光性ブロック）を切り出すことができる。
【００６７】
図８は、図７（Ａ）の切断面８４ａ，８４ｂによって切り出された基板ブロックから、液晶プロジェクタ用の偏光分離装置を製造する工程を示す説明図である。まず、図８（Ａ）に示すように、切り出された基板ブロックの両端を、光入射面８５と光出射面８６にほぼ垂直に切断することによって、略直方体の偏光ビームスプリッタ８９（図８（Ｂ））を得る。このとき、ダミーガラス８２，８４の一部が切断されて、光出射面８６側に一部が残る状態になる。なお、図８においては、偏光分離膜８７を実線で描き、反射膜８８を破線で描いている。切断された偏光ビームスプリッタ８９の光入射面８５および光出射面８６は、それぞれ平坦に研磨される。図９は、こうして作成された偏光ビームスプリッタ８９の斜視図である。
【００６８】
図８（Ａ）の切断においては、偏光ビームスプリッタ８９の寸法が所定の設定値通りになるように、高精度に切断することが好ましい。このとき、上方に突出している基本構成ガラス体８１の突出部（突起部）を、切断面を決定する時の基準位置として用いることができる。例えば、図８（Ａ）に示すように、突出部の右端を基準として、その左右に幅Ｌ１，Ｌ２をとるように切断することが可能である。こうすれば、この２つの幅の寸法を、設定値に高精度で合わせることが可能となる。
【００６９】
突出している基本構成ガラス体８１とその左隣りの基本構成ガラス体８０との境界面は、偏光ビームスプリッタ８９の長手方向のほぼ中央に位置している。従って、その突出部を基準として切断すれば、これらの基本構成ガラス体８１，８０の境界面が、偏光ビームスプリッタ３２０の中央の所定の位置にくるように、正確に切断することができる。
【００７０】
ところで、通常の光源は中心部の照度が高いので、偏光ビームスプリッタ８９の中央部を通過する光量が最も大きい。従って、偏光ビームスプリッタの中央部における偏光分離膜や反射膜の位置精度が、偏光ビームスプリッタの変換効率に大きな影響を与える。従って、上述したように、略中央部の突出部を基準として偏光ビームスプリッタの両端を切断するようにすれば、偏光ビームスプリッタの中央部の偏光分離膜や反射膜の位置精度を高めることができ、偏光ビームスプリッタの変換効率を高めることが可能である。
【００７１】
図８（Ｂ）の工程では、偏光ビームスプリッタ８９の光出射面８６側に、選択位相差板３８０を貼りつける。選択位相差板３８０は、λ／２位相差板３８１と、無色透明な部分とが、偏光ビームスプリッタ８９を構成する複数の板ガラスの光出射面上に交互に設けられた板状体である。
【００７２】
図８（Ｃ）の工程では、偏光ビームスプリッタ８９の光入射面側に、集光レンズアレイ３１０が貼り合わされる。集光レンズアレイ３１０は、それぞれ略矩形の多数の集光レンズ３１１をマトリックス状に複数配列したものである。集光レンズアレイ３１０にも、突出部３１３（斜線を付した部分）が設けられている。偏光ビームスプリッタ３２０と集光レンズアレイ３１０を貼り合わせる際には、貼り合わせ用の治具（図示せず）に、偏光ビームスプリッタ８９と集光レンズアレイ３１０の突出部にそれぞれ合致する凹部を設けておき、この凹部に偏光ビームスプリッタ８９の突出部と集光レンズアレイ３１０の突出部をそれぞれはめ込む。こうすれば、偏光ビームスプリッタ８９と集光レンズアレイ３１０の相互の位置を高精度に決定できる。
【００７３】
なお、図８（Ａ）において説明したように、偏光ビームスプリッタ８９は、上方の突出部または下方の凹部を基準として高精度な寸法に切り出されている。このように、偏光ビームスプリッタ８９自体の寸法精度が高いので、集光レンズアレイ３１０と貼り合わせる際に、偏光ビームスプリッタ８９の外形（突出部を含まない形や寸法）を基準として、集光レンズアレイ３１０や他の構成要素との位置決めを行うようにしてもよい。
【００７４】
このように、偏光ビームスプリッタ８９を構成する複数の基本構成ガラス体の少なくとも一部を、他の基本構成ガラス体から突出するようにずらすことによって、偏光ビームスプリッタ８９の寸法精度を高めることができる。また、偏光ビームスプリッタ８９と、他の偏光分離装置や他の機器とを組み合わせる時に、偏光ビームスプリッタ８９の位置決め精度を高めることができる。
【００７５】
Ｃ．第３実施例：
図１０は、本発明の偏光ビームスプリッタの製造方法の第３の例を示す斜視図である。また、図１１（Ａ）はその平面図、図１１（Ｂ）は正面図である。図１０および図１１（Ｂ）から解るように、この板ガラスブロックを構成する複数の板ガラスの中で、ほぼ中央にある２枚の板ガラス３２１，３２２は、他の板ガラス３２３よりも高さが高く、上下に突出している。また、板ガラスブロックの右端には、ダミーガラス３２４が接着されている。板ガラスブロックの左端には、ダミーガラスは設けられていない。なお、この実施例の構成では、前述した第１、第２実施例と異なり、基本構成ガラス体が不要である。基本構成ガラス体８０，８１を用いずに、ガラス板を一枚ずつずらすようにすれば、基板ブロックから偏光ビームスプリッタ切り出す際のガラスの無駄を減らすことができる。
【００７６】
図１０と図１１（Ａ）において２枚の板ガラス３２１，３２２の上面に斜線を付したのは、単に図を見やすくするためである。実際には、他の板ガラス３２３と識別するための特別な色を付ける必要はない。
【００７７】
図１１（Ｂ）に示すように、２枚の板ガラス３２１，３２２の中央にある境界面（界面）は、板ガラスブロックの長手方向のほぼ中央に位置している。これらの板ガラスブロックの上方の突出高さＨ１と下方の突出高さＨ２は、互いに等しい値に設定してもよく、また、異なる値に設定してもよい。突出高さＨ１，Ｈ２の値としては、板ガラスブロックの高さＨ（本例では約７０ｍｍ）に対し、３％程度（すなわち本例では約２ｍｍ程度）の値が好ましい。上下の突出高さＨ１，Ｈ２を異なる値に設定すれば、この板ガラスブロックから切り出された偏光ビームスプリッタの上下を判断しやすいという利点がある。
【００７８】
この板ガラスブロックを、切断面３２８ａ，３２８ｂに沿って切断することによって、１つの偏光ビームスプリッタとして使用される基板ブロックを切り出すことができる。
【００７９】
図１２は、図１１（Ｂ）の切断面３２８ａ，３２８ｂによって切り出された基板ブロック（基板ブロック）から、液晶プロジェクタ用の偏光分離装置を製造する工程を示す説明図である。まず、図１２（Ａ）に示すように、切り出された基板ブロックの両端を、光入射面３２７と光出射面３２６にほぼ垂直に切断することによって、略直方体の偏光ビームスプリッタ３２０（図１２（Ｂ））を得る。このとき、ダミーガラス３２４の一部が切断されて、光出射面３２６側に一部が残る状態になる。なお、図１２においては、偏光分離膜３３１を実線で描き、反射膜３３２を破線で描いている。切断された偏光ビームスプリッタ３２０の光入射面３２７および光出射面３２６は、それぞれ平坦に研磨される。図１３は、こうして作成された偏光ビームスプリッタ３２０を示す斜視図である。
【００８０】
図１２（Ａ）の切断においては、偏光ビームスプリッタ３２０の寸法が所定の設定値通りになるように、高精度に切断することが好ましい。このとき、上下に突出している板ガラス３２１，３２２の突出部（突起部）を、切断面を決定する時の基準位置として用いることができる。例えば、図１２（Ａ）に示すように、突出部の右端を基準として、その左右に幅Ｗ１，Ｗ２をとるように切断することが可能である。こうすれば、この２つの幅の寸法を、設定値に高精度で合わせることが可能となる。
【００８１】
前述したように、突出している板ガラス３２１，３２２は、偏光ビームスプリッタ３２０の長手方向のほぼ中央に位置している。従って、その突出部を基準として切断すれば、これらの板ガラス３２１，３２２の境界面が、偏光ビームスプリッタ３２０の中央の所定の位置にくるように、正確に切断することができる。
【００８２】
ところで、前に述べたように、通常の光源は中心部の照度が高いので、偏光ビームスプリッタ３２０の中央部を通過する光量が最も大きい。従って、偏光ビームスプリッタの中央部における偏光分離膜や反射膜の位置精度が、偏光ビームスプリッタの変換効率に大きな影響を与える。従って、上述したように、略中央部の突出部を基準として偏光ビームスプリッタの両端を切断するようにすれば、その中央部の偏光分離膜や反射膜の位置精度を高めることができ、偏光ビームスプリッタの変換効率を高めることが可能である。
【００８３】
図１２（Ｂ）の工程では、偏光ビームスプリッタ３２０の光出射面側に、選択位相差板３８０を貼りつける。選択位相差板３８０は、λ／２位相差板３８１と、無色透明な部分とが、偏光ビームスプリッタ３２０を構成する複数の板ガラスの光出射面上に交互に設けられた板状体である。
【００８４】
図１２（Ｃ）の工程では、偏光ビームスプリッタ３２０の光入射面側に、集光レンズアレイ３１０が貼り合わされる。集光レンズアレイ３１０は、それぞれ略矩形の多数の集光レンズ３１１をマトリックス状に複数配列したものである。集光レンズアレイ３１０にも、突出部３１３（斜線を付した部分）が設けられている。偏光ビームスプリッタ３２０と集光レンズアレイ３１０を貼り合わせる際には、貼り合わせ用の治具（図示せず）に、偏光ビームスプリッタ３２０とや集光レンズアレイ３１０の突出部にそれぞれ合致する凹部を設けておき、この凹部に偏光ビームスプリッタの突出部と集光レンズアレイ３１０の突出部をそれぞれはめ込む。こうすれば、偏光ビームスプリッタ３２０と集光レンズアレイ３１０の相互の位置を高精度に決定できる。
【００８５】
なお、図１２（Ａ）において説明したように、偏光ビームスプリッタ３２０は、中央の突出部を基準として高精度な寸法に切り出されている。すなわち、偏光ビームスプリッタ３２０自体の寸法精度が高いので、集光レンズアレイ３１０と貼り合わせる際に、偏光ビームスプリッタ３２０の外形（突出部を含まない形や寸法）を基準として、集光レンズアレイ３１０や他の構成要素との位置決めを行うようにしてもよい。
【００８６】
偏光ビームスプリッタ３２０の端部に設けられたダミーガラス３２４は、以下に説明するように、選択位相差板３８０を剥がれにくくするという効果がある。図１４は、ダミーガラス３２４の効果を示す説明図である。図１４（Ａ）は、選択位相差板３８０が正常な位置に貼りつけられている状態を示し、図１４（Ｂ），（Ｃ）は選択位相差板３８０が、図１４（Ａ）の状態からやや下にずれた状態を示している。但し、図１４（Ｂ）の構成では、ダミーガラス３２４ａが下端に設けられている。図１４（Ｃ）は、ダミーガラスが省略された場合を示している。図１４（Ｃ）のようにダミーガラスが無いと、選択位相差板３８０が正規の位置から多少ずれた場合に、選択位相差板３８０の端部が偏光ビームスプリッタ３２０の端部から外に突出してしまう。この結果、選択位相差板３８０が剥がれやすくなる。これに対して、図１４（Ｂ）のように、偏光ビームスプリッタ３２０の端部にダミーガラス３２４ａを設けている場合には、選択位相差板３８０の端部がダミーガラス３２４ａの上に乗っている。従って、選択位相差板３８０が剥がれにくいという利点がある。
【００８７】
このように、偏光ビームスプリッタ３２０の光入射面および反射面に隣接する４つの側面のうちで、偏光分離膜や反射膜の面（すなわち複数の板ガラスの界面）にほぼ垂直に形成された２つの側面において、いくつかの板ガラスが突出するようにすれば、偏光ビームスプリッタ３２０の寸法精度を高めることができる。また、偏光ビームスプリッタ３２０と、他の偏光分離装置や他の機器とを組み合わせる時に、偏光ビームスプリッタ３２０の位置決め精度を高めることができる。
【００８８】
なお、突出させる部分は、１カ所に限らず、複数箇所で突出させるようにすることも可能である。また、１カ所の突出部で突出させる板ガラスの枚数は、２枚に限らず、１枚以上の任意の枚数の板ガラスを突出させることができる。
【００８９】
上記のような突出部の代わりに、偏光ビームスプリッタの位置決めの際に使用可能な他の種類の位置識別部（マーカー部）を設けるようにしてもよい。位置識別部としては、凹部や、他の部分と異なる色が端面付されたガラス部分や、特定のマークが刻印されたガラス部分、などが考えられる。なお、刻印も、広義の凹部の一種である。
【００９０】
なお、２種類の板ガラス３２１，３２２としては、青色フロートガラスを用いることが可能である。この場合には、フロートガラスの表面の平坦度が高いので、その表面の研磨は不要である。また、２種類の板ガラス３２１，３２２の一方を青板ガラス、他方を白板ガラスとすれば、これらの色に基づいて、偏光分離膜３３１と反射膜３３２の位置を容易に識別することができる。
【００９１】
Ｄ．第４実施例：
図１５は、本発明の偏光ビームスプリッタの製造方法の第４の例を示す斜視図である。また、図１６（Ａ）はその平面図、図１６（Ｂ）は正面図である。図１７は、図１６（Ａ）の切断面３２８ａ，３２８ｂで切断された後、その両端を図１２（Ａ）と同様に切り落とすことによって作成された偏光ビームスプリッタ３２０ａを示す斜視図である。図１５および図１６（Ｂ）から解るように、この板ガラスブロックを構成する複数の板ガラスの中で、２枚の板ガラス３２１ａ，３２２ａは、他の板ガラス３２３よりも上方に突出している。但し、第３実施例と異なり、これらの板ガラス３２１ａ，３２２ａは下方には突出しておらず、その下面は、他の板ガラス３２３の下面と同一平面を形成している。換言すれば、この板ガラスブロックから切り出される偏光ビームスプリッタでは、偏光分離膜や反射膜の面とほぼ直行する２つの側面のうちの一方の側面において、板ガラスが突出している。このように、突出部を１つの側面のみに設けているので、偏光ビームスプリッタの上下を識別することが容易であるという利点がある。
【００９２】
また、これらの２枚の板ガラス３２１ａ，３２２ａは、長手方向に沿った中央部にはなく、一方に偏った位置にある点も、第３実施例とは異なっている。このように、突出部が偏光ビームスプリッタの長手方向の中央部からずれているので、偏光ビームスプリッタの光入射面と反射面とを突出部から識別することができるという利点もある。なお、突起部を長手方向の中央からずらす量は、板ガラス２枚分程度が好ましい。
【００９３】
ところで、偏光ビームスプリッタの光入射面と反射面とを間違えると、以下に示すような不具合がある。図１８は、偏光ビームスプリッタの光入射面と反射面とを間違えた場合の不具合を示す説明図である。図１８（Ａ）は、偏光ビームスプリッタ単体の機能を示している。偏光ビームスプリッタにランダムな偏光光方向の光が入射されると、まず、偏光分離膜３３１でｐ偏光成分とｓ偏光成分が分離される。例えば、ｐ偏光成分は、偏光分離膜３３１をそのまま透過し、ｓ偏光成分はほぼ垂直に反射される。ｓ偏光成分は、反射膜３３２によって反射されて出射される。
【００９４】
図１８（Ｂ）は、この偏光ビームスプリッタ３２０の光出射面に選択位相差板３８０を貼りつけ、また、光入射面側の前に遮光プレート３４０を設けて、ランダムな偏光光からｐ偏光光を得るようにした偏光変換素子を示している。この遮光プレート３４０には、光を遮断する遮光部３４１と、光を透過させる透光部３４２とが交互に形成されている。従って、遮光プレート３４０は、遮光プレート３４０上の位置に応じて透過する光束を制御する機能を有している。ところで、この偏光ビームスプリッタ３２０を用いて、いわゆるインテグレータ光学系を構成する場合には、偏光ビームスプリッタ３２０の光入射側にマトリクス状に配列された複数の小レンズを有するレンズ板が配置され、また、光出射側には集光レンズが配置される。遮光部３４１と透光部３４２の配列の仕方は、これらの小レンズによる集光像が偏光ビームスプリッタ３２０の偏光分離面上のみに形成されるように設定されている。遮光プレート３４０としては、本例のように平板状の透明体（例えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜やアルミニウム膜）を部分的に形成したものや、或いは、例えばアルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用できる。特に、遮光性の膜を利用して遮光面を形成する場合には、遮光性の膜を集光レンズアレイや偏光ビームスプリッタ３２０上に直接形成しても同様の機能を発揮させることができる。
【００９５】
透光部３４２を通過した光は、偏光分離膜３３１でｐ偏光成分とｓ偏光成分とに分離される。ｐ偏光成分は、偏光分離膜３３１をそのまま透過して出射される。一方、偏光分離膜３３１で反射されたｓ偏光成分は、反射膜３３２によって反射された後に、λ／２位相差板３８１によってｐ偏光光に変換されて出射される。従って、この偏光変換素子からは、ｐ偏光光のみが出射される。
【００９６】
図１８（Ｃ）は、偏光ビームスプリッタ３２０の表裏を逆にした状態を示している。遮光プレート３４０は、出射光の光量が最大となる位置に位置決めされる。図１８（Ｃ）のように偏光ビームスプリッタ３２０の表裏を逆にすると、出射される偏光成分が逆になってしまうという不具合がある。これは、後述する投写型表示装置に偏光ビームスプリッタを組み込む際に問題となる。これは、後述するような投写型表示装置（図２０）に偏光ビームスプリッタを組み込む場合に問題となる。すなわち、図２０に示す投写型表示装置において偏光ビームスプリッタは、λ／２位相差板との組み合わせにより、光源部１００からの光を一種類の偏光光束（ｐ偏光光束またはｓ偏光光束）に変換するために用いられる。一方、偏光ビームスプリッタとλ／２位相差板をそなえた光学要素３００から出射された光を変調する手段として設けられている液晶パネル８０３、８０５、８１１の光入射面側には、コントラストを向上させる為、通常、ｐ偏光光束、あるいはｓ偏光光束のいずれか一方のみを選択透過させる偏光板が形成されていることが多い。よって、出射される偏光成分が逆になると液晶パネル８０３、８０５、８１１の光入射面側に形成されている偏光板で光が吸収されてしまい、投射型表示装置として成立しないおそれがある。
【００９７】
また、図１８（Ｃ）の場合には、図１８（Ｂ）に比べて、光が入射してから出射するまでに、接着剤層３２５を通過する回数が増加している。接着剤層３２５は、光を吸収するので、偏光変換素子の効率が低下するという不具合もある。
【００９８】
このように、偏光ビームスプリッタの表裏を逆にすると、種々の不具合が発生する可能性がある。そこで、図１５および図１６に示すような方法により、一方の側面で、かつ中心よりもずれた位置に突出部（位置識別部）を有する偏光ビームスプリッタを形成すれば、その表裏を容易に識別できるので、このような不具合を防止できるという利点がある。また、第４実施例では、突出部を設けることによって、偏光ビームスプリッタの寸法精度を高めることができるという、第３実施例と同様な利点もある。さらに、偏光ビームスプリッタと、他の偏光分離装置や他の機器とを組み合わせる時に、偏光ビームスプリッタの位置決め精度を高めることができるという利点もある。
【００９９】
図１９は、上記の実施例による偏光ビームスプリッタアレイを有する偏光照明装置５００の要部を平面的にみた概略構成図である。この偏光照明装置５００は、光源部１００と、偏光発生装置４００とを備えている。光源部１００は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とを含むランダムな偏光光方向の光束を出射する。光源部１００から出射された光束は、偏光発生装置４００によって偏光光方向がほぼ揃った一種類の直線偏光光に変換されて、照明領域９０を照明する。
【０１００】
光源部１００は、光源ランプ１０１と、放物面リフレクター１０２とを備えている。光源ランプ１０１から放射された光は、放物面リフレクター１０２によって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光発生装置４００に入射する。光源部１００の光源光軸Ｒは、システム光軸Ｌに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行にシフトした状態にある。ここで、システム光軸Ｌは、偏光ビームスプリッタアレイ３２０の光軸である。このように光源光軸Ｒをシフトさせる理由については後述する。
【０１０１】
偏光発生装置４００は、第１の光学要素２００と、第２の光学要素３００とを備えている。第１の光学要素２００は矩形状の輪郭を有する微小な光束分割レンズ２０１が縦横に複数配列された構成を有している。第１の光学要素２００は、光源光軸Ｒが第１の光学要素２００の中心に一致するように配置されている。各光束分割レンズ２０１をＺ方向から見た外形形状は、照明領域９０の形状と相似形をなすように設定されている。本実施例では、Ｘ方向に長い横長の照明領域９０を想定しているため、光束分割レンズ２０１のＸＹ平面上における外形形状も横長である。
【０１０２】
第２の光学要素３００は、集光レンズアレイ３１０と、偏光ビームスプリッタアレイ３２０と、選択位相差板３８０と、出射側レンズ３９０とを備えている。集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要素２００とほぼ同様な構成を有している。すなわち、集光レンズアレイ３１０は、第１の光学要素２００を構成する光束分割レンズ２０１と同数の集光レンズ３１１をマトリックス状に複数配列したものである。集光レンズアレイ３１０の中心も、光源光軸Ｒと一致するように配置されている。
【０１０３】
光源部１００は、ランダムな偏光光方向を有するほぼ平行な白色の光束を出射する。光源部１００から出射されて第１の光学要素２００に入射した光束は、それぞれの光束分割レンズ２０１によって中間光束２０２に分割される。中間光束２０２は、光束分割レンズ２０１と集光レンズ３１１の集光作用によって、システム光軸Ｌと垂直な平面内（図１９ではＸＹ平面）で収束する。中間光束２０２が収束する位置には、光束分割レンズ２０１の数と同数の光源像が形成される。なお、光源像が形成される位置は、偏光ビームスプリッタアレイ３２０内の偏光分離膜３３１の近傍である。
【０１０４】
光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌからずれているのは、光源像を偏光分離膜３３１の位置で結像させるためである。このずれ量Ｄは、偏光分離膜３３１のＸ方向の幅Ｗｐの１／２に設定されている。前述したように、光源部１００と、第１の光学要素２００と、集光レンズアレイ３１０の中心は、光源光軸Ｒと一致しており、システム光軸ＬからＤ＝Ｗｐ／２だけずれている。一方、中間光束２０２を分離する偏光分離膜３３１の中心も、システム光軸ＬからＷｐ／２だけずれている。従って、光源光軸Ｒを、システム光軸ＬからＷｐ／２だけずらせることによって、偏光分離膜３３１のほぼ中央において光源ランプ１０１の光源像を結像させることができる。
【０１０５】
偏光ビームスプリッタアレイ３２０に入射された光束は、すべてｓ偏光光またはｐ偏光光に変換される。偏光ビームスプリッタアレイ３２０から出射された光束は、出射側レンズ３９０によって照明領域９０を照明する。照明領域９０は、多数の光束分割レンズ２０１で分割された多数の光束で照明されるので、照明領域９０の全体をむらなく照明することができる。
【０１０６】
なお、第１の光学要素２００に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素３００から集光レンズアレイ３１０を省略することも可能である。
【０１０７】
以上のように、図１９に示す偏光照明装置５００は、ランダムな偏光光方向を有する白色の光束を特定の偏光光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏光光）に変換する偏光発生部としての機能と、このような多数の偏光光束で照明領域９０をむらなく照明する機能とを有している。
【０１０８】
図２０は、図１９に示す偏光照明装置５００を備えた投写型表示装置８００の要部を示す概略構成図である。この投写型表示装置８００は、偏光照明装置５００と、ダイクロイックミラー８０１，８０４と、反射ミラー８０２，８０７，８０９と、リレーレンズ８０６，８０８，８１０と、３枚の液晶パネル（液晶ライトバルブ）８０３，８０５，８１１と、クロスダイクロイックプリズム８１３と、投写レンズ８１４とを備えている。
【０１０９】
ダイクロイックミラー８０１，８０４は、白色光束を赤、青、緑の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。３枚の液晶パネル８０３，８０５，８１１は、与えられた画像情報（画像信号）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム８１３は、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。投写レンズ８１４は、合成されたカラー画像を表す光をスクリーン８１５上に投写する投写光学系としての機能を有する。
【０１１０】
青光緑光反射ダイクロイックミラー８０１は、偏光照明装置５００から出射された白色光束の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。透過した赤色光は、反射ミラー８０２で反射されて、赤光用液晶パネル８０３に達する。一方、第１のダイクロイックミラー８０１で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は緑光反射ダイクロイックミラー８０４によって反射され、緑光用液晶パネル８０５に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー８０４も透過する。
【０１１１】
この実施例では、青色光の光路長が３つの色光のうちで最も長くなる。そこで、青色光に対しては、ダイクロイックミラー８０４の後に、入射レンズ８０６と、リレーレンズ８０８と、出射レンズ８１０とを含むリレーレンズ系で構成された導光手段８５０が設けられている。すなわち、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー８０４を透過した後に、まず、入射レンズ８０６及び反射ミラー８０７を経て、リレーレンズ８０８に導かれる。さらに、反射ミラー８０９によって反射されて出射レンズ８１０に導かれ、青光用液晶パネル８１１に達する。なお、３枚の液晶パネル８０３，８０５，８１１は、図１９における照明領域９０に相当する。
【０１１２】
３つの液晶パネル８０３、８０５、８１１は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像信号（画像情報）に従って、それぞれの色光を変調し、それぞれの色成分の画像情報を含む色光を生成する。変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム８１３に入射する。クロスダイクロイックプリズム８１３には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー映像を表す光が形成される。合成された光は、投写光学系である投写レンズ８１４によってスクリーン８１５上に投写され、映像が拡大されて表示される。
【０１１３】
この投写型表示装置８００では、光変調手段として、特定の偏光光方向の光束（ｓ偏光光またはｐ偏光光）を変調するタイプの液晶パネル８０３，８０５，８１１が用いられている。これらの液晶パネルには、入射側と出射側にそれぞれ偏光光板（図示せず）が貼り付けられているのが普通である。従って、ランダムな偏光光方向を有する光束で液晶パネルを照射すると、その光束のうちの約半分は、液晶パネルの偏光光板で吸収されて熱に変わってしまう。この結果、光の利用効率が低く、また、偏光光板が発熱するという問題が生じる。しかし、図２０に示す投写型表示装置８００では、偏光照明装置５００によって、液晶パネル８０３，８０５，８１１を通過する特定の偏光光方向の光束を生成しているので、液晶パネルの偏光光板における光の吸収や発熱の問題が大幅に改善されている。
【０１１４】
以上のように、この実施例による偏光ビームスプリッタアレイを用いることによって、投写型表示装置における光の利用効率を従来に比べて高めることができる。従って、スクリーン８１５上に投写される映像をより明るくすることができる。
【０１１５】
図２１は、本発明による偏光変換装置を用いた他の投写型表示装置の構成例の概略断面図を示す。光源であるランプ６３からほぼ平行に出射された光は第１のレンズ板５１の複数の矩形状のレンズ群５１−ａを通って、同数のレンズ群５２−ａを有する第２のレンズ板５２方向へ集まっていく。第１のレンズ板５１と第２のレンズ板５２は、インテグレーター照明系を構成している。つまり、ランプ６３からの光束をレンズ群５１−ａで分割し、分割された光束をレンズ群５２−ａを用いて、液晶パネル６０上に重ね合わせることで、均一な照明を実現している。また、５５は偏光ビームスプリッタであるが、これは、先に説明したように、無機物質からなる多層薄膜で構成された偏光分離膜をつけた板ガラスと、アルミからなる反射膜を蒸着した板ガラスを交互に貼り合わせた後に、斜めに切断して、切断面を研磨するといった方法で、作成されている。
【０１１６】
さて、レンズ群５１−ａによる集光光線５４は、偏光ビームスプリッタ５５内の偏光分離膜上に集光される。ランダムの偏光成分を持つ集光光線５４のうち、偏光分離膜においてＰ偏光光が透過され、Ｓ偏光光が反射される。Ｓ偏光光は反射膜で反射された後に、偏光ビームスプリッタ５５から出射する（Ｓ偏光光線５８）。一方、Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ５５の光出射面側に選択的に設けられたλ／２位相差板６２を通過する際に、偏光軸が９０度回転する。つまりＰ偏光光線からＳ偏光光５７に変換されるわけである。コンデンサーレンズ５６は、偏光ビームスプリッタ５５から出射された光束を液晶パネル６０上に重ね合わせるためのレンズである。液晶パネル６０は、画像情報に基づいて入射された光束を変調し、変調された像が、投写レンズ６１によって、スクリーン上に投影される。本例の投写型表示装置は、従来ランプ出射光のうち一方の偏光成分しか使われなかったシステムを、偏光ビームスプリッタ５５を使うことで、すべての光の成分を使えるようにしたものであり、光の損失が少ないため、明るい投写画像を得ることが可能となっている。また、光の損失がなくなるため、従来その損失が発熱となっていたが、その熱も発生しなくなる。従って、装置を冷却するための冷却装置を小型化、あるいは簡略化することが可能となるため、装置全体を小型、コンパクトに構成することができる。また、偏光ビームスプリッタ５５は板ガラスの貼り合わせブロックから斜めに切り出して形成したので、薄い板状に形成するできる。つまり、偏光ビームスプリッタのないインテグレーター光学系の一部にほんのわずかのスペースを割いて挿入するだけで、明るい投写型表示装置を構成することができる。
【０１１７】
なお、インテグレーター光学系では、レンズの分割数が多ければ多いほど、ランプ６３の光線のむらを低減することができる。ここで、偏光ビームスプリッタ５５は、インテグレータ光学系のレンズの分割数に応じた数の、偏光分離膜と反射膜が必要となるが、本例では偏光ビームスプリッタ５５が、板ガラスの貼り合わせにより形成されているため、レンズの分割数に応じて、多くの偏光分離膜、反射膜を有する偏光ビームスプリッタを容易に製造することができる。これは、従来の三角プリズムの貼り合わせではプリズムの研磨、膜の蒸着、貼り合わせ等に限度があるため、実現不可能である。以上述べたように、板ガラスの貼り合わせブロックから斜めに切り出した偏光ビームスプリッタを用いれば、インテグレーター光学系を備えた投写型表示装置において、光の利用効率を高め、さらにむらのない均一な画像を得ることができる。
【０１１８】
Ｄ．その他：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１９】
図２２に本発明の偏光ビームスプリッタの他の例を示す。本例では、偏光ビームスプリッタ４１Ａ、４１Ｂが、その偏光分離膜４３，４７、および、反射膜４５，４９が互いに向かい合うように並べて配置されることにより、偏光ビームスプリッタ４０が構成されている。板ガラス４２上に無機物質からなる偏光分離膜４３が蒸着され、板ガラス４４上には反射膜４５が蒸着されている。また、板ガラス４６上には、無機物質からなる偏光分離膜４７が蒸着され、板ガラス４８には反射膜４９が蒸着されている。それぞれの偏光ビームスプリッタ４１Ａ，４１Ｂは板ガラスに蒸着後、接着され、切断されて板状に構成したものである。
【０１２０】
偏光ビームスプリッタを偏光変換機構を持った照明装置の偏光変換装置として用いる場合、ランプの光軸が偏光ビームスプリッタのほぼ中央を通る様に配置される。このとき、図２３に示すように、偏光分離膜４３，４７に入射する光の角度は一定ではない。一方、偏光分離膜４３、４７は無機物質の多層薄膜でできているので、光の入射角度が変わると、図２４に示したように、透過や反射の特性が変わり、照明に左右非対称の色付きが生じやすい。なお、図２４中で、実線は光源から出射される光のスペクトル、点線は図２３中でθ2 の角度で入射した光の透過率曲線、一点鎖線はθ1 の角度で入射した光の透過率曲線を示す。そこで、本例の偏光ビームスプリッタ４０のように、偏光分離膜４３と４７、および、反射膜４５と４９とが左右対称に向かい合うように配置されていれば、そのような多層薄膜の角度依存性を左右で相殺することができる。従って、照明領域全体に渡ってむらのない照明が可能となる。このような偏光変換装置をカラー画像を投写する投写型表示装置に採用すれば、色むらの少なく質の良い画像が得られる。
【０１２１】
さらに、この色つきを解消するためには、次のような方法を採用することもできる。図２５は、光源から出射される光のスペクトルのうち、各色光のピークに対応する波長の光の入射角度の違いによる透過率の特性を示している。本例ではθ0 は４５度、θ1 は５０度、θ2 は４０度である。本例の偏光ビームスプリッタの偏光分離膜は、青色光のピーク波長である約４３５ｎｍの光と、緑色光のピーク波長である約５５０ｎｍの光が、４０度〜４５度の入射角度で入射した場合に、透過率の差が５％以内となるようにしてある。また、図２５に示されたスペクトルには赤色光のピークが存在しないが、赤色光については約６１０ｎｍの光の入射角度変化による透過率の差が５％以内となるようにしてある。換言すれば、この偏光分離膜は、赤色光と緑色光と青色光のそれぞれの主要な波長範囲における透過率の差が５％以内となるように調整されている。なお、「各色光のピーク」という言葉は、偏光分離膜に入射する光の各色光の主要な波長範囲を意味している。
【０１２２】
このように、各色光のピークに対応する波長の光の入射角度の違いによる透過率の差が５％以内となるように調整すれば、強度の高い光が入射角度に依存せずにほぼ均一に透過されるため、色むらを効果的に防ぐことが可能となる。従って、本例の偏光ビームスプリッタをカラー画像を投写する投写型表示装置に採用すれば、色むらが少なく質の良い投写画像を得ることができる。
【０１２３】
なお、図２５に示した偏光ビームスプリッタでは、角度θ0 との差が±５％以内の入射光の透過率変化が５％以内となるように制御しているが、角度θ0 との差が±５度よりも大きい入射光が存在する場合には、θ0 との差が±５度以上の入射光の透過率変化も５％以内となるように制御すればよい。なお、角度θ0 との差がどのくらいになるかは、レンズ群５１−ａ，５１−ｂのピッチや第１のレンズ板５１から偏光分離膜４３，４７までの距離等によって異なる。
【０１２４】
さらに、図２５に示したように、赤色光のピークがはっきりしない光源光の場合には、赤色光の光量が６００ｎｍから７５０ｎｍの波長範囲内、より好ましくは６００ｎｍから６２０ｎｍの波長範囲内で透過率の差が５％以内となるように制御すればよい。６００ｍよりも低波長側だと黄色みがかった照明光となってしまうため好ましくない。
【０１２５】
さらに、図２５に示した光源から出射される光のスペクトルのうち、５７０ｎｍ付近のピークは照明光の色バランスを不均一にしてしまう恐れがあるため、フィルタにより除去することが好ましい。
【０１２６】
上述した第４実施例において、図１９に示す偏光照明装置５００および図２０に示す投写型表示装置８００では、図１７に示した偏光ビームスプリッタを用いたが、この代わりに、図３に示した第１実施例の偏光ビームスプリッタや、図９に示した第２実施例の偏光ビームスプリッタ、あるいは、図１３に示した第３実施例の偏光ビームスプリッタ、その他の実施例に示した偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
【０１２７】
この発明は、投写面を観察する側から投写を行う前方投写型の投写型表示装置のみでなく、投写面を観察する側とは反対の方から投写を行う背面投写型表示装置にも適用可能である。また、ライトバルブとしては、透過型の液晶パネルではなく、反射型の液晶パネルを用いることも可能である。
【０１２８】
上記実施例では、板ガラスを用いて偏光分離装置を作成していたが、板ガラスに限らず、光学ガラスやプラスチック等の他の透光性基板を用いることも可能である。
【０１２９】
この発明による偏光分離装置は種々の投写型表示装置に適用可能である。また、この発明による投写型表示装置は、例えばコンピュータから出力された画像やビデオレコーダから出力された画像をスクリーン上に投写して表示するために適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本発明の第１実施例の偏光ビームスプリッタの製造方法を示す斜視図である。
【図２】図１に示す基板ブロックの平面図および正面図。
【図３】第１実施例の偏光ビームスプリッタの斜視図および断面図。
【図４】第１実施例の偏光ビームスプリッタとその偏光ビームスプリッタを使った偏光変換装置の一実施例の断面図である。
【図５】図４に示す偏光ビームスプリッタに、λ／２位相差板を貼り付けた斜視図である。
【図６】第２実施例による偏光ビームスプリッタの製造方法を示す斜視図である。
【図７】図６の板ガラスブロックの平面図および正面図である。
【図８】図７（Ａ）の切断面８４ａ，８４ｂに沿って切り出されたブロックから、液晶プロジェクタ用の偏光分離装置を製造する工程を示す説明図である。
【図９】第２実施例の偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【図１０】第３実施例による偏光ビームスプリッタの製造方法を示す斜視図である。
【図１１】図７の板ガラスブロックの平面図および正面図である。
【図１２】図８（Ａ）の切断面３２８ａ，３２８ｂに沿って切り出されたブロックから、液晶プロジェクタ用の偏光分離装置を製造する工程を示す説明図である。
【図１３】第３実施例の偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【図１４】ダミーガラス３２４の効果を示す説明図である。
【図１５】第４実施例による偏光ビームスプリッタの製造方法を示す斜視図である。
【図１６】図１５の板ガラスブロックの平面図および正面図である。
【図１７】第４実施例の偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【図１８】偏光ビームスプリッタの光入射面と反射面とを間違えた場合の不具合を示す説明図である。
【図１９】実施例による偏光ビームスプリッタアレイを有する偏光照明装置の要部を平面的にみた概略構成図である。
【図２０】偏光照明装置５００を備えた投写型表示装置８００の要部を示した概略構成図である。
【図２１】本発明の投写型表示装置の他の実施例の平面図である。
【図２２】本発明の偏光ビームスプリッタの実施例の斜視図である。
【図２３】偏光分離膜への光の入射角度を示す説明図である。
【図２４】入射光のスペクトルおよび入射角度に対する偏光分離膜の透過率特性を示すグラフである。
【図２５】他の偏光分離膜における入射光のスペクトルおよび入射角度に対する透過率の特性を示すグラフである。
【図２６】従来の偏光ビームスプリッタの斜視図である。
【図１】
2005043872.tif 000003
【図２】
2005043872.tif 000004
【図３】
2005043872.tif 000005
【図４】
2005043872.tif 000006
【図５】
2005043872.tif 000007
【図６】
2005043872.tif 000008
【図７】
2005043872.tif 000009
【図８】
2005043872.tif 000010
【図９】
2005043872.tif 000011
【図１０】
2005043872.tif 000012
【図１１】
2005043872.tif 000013
【図１２】
2005043872.tif 000014
【図１３】
2005043872.tif 000015
【図１４】
2005043872.tif 000016
【図１５】
2005043872.tif 000017
【図１６】
2005043872.tif 000018
【図１７】
2005043872.tif 000019
【図１８】
2005043872.tif 000020
【図１９】
2005043872.tif 000021
【図２０】
2005043872.tif 000022
【図２１】
2005043872.tif 000023
【図２２】
2005043872.tif 000024
【図２３】
2005043872.tif 000025
【図２４】
2005043872.tif 000026
【図２５】
2005043872.tif 000027
【図２６】
2005043872.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月29日(2004.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出されたランダムな偏光光方向を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、
前記複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段と、
前記複数の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段と、
前記カラー画像を投写する投写光学系と、
を備えた投写型表示装置であって、
前記偏光変換装置は、前記光源から射出された光を２種類の偏光成分に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜で分離された２種類の偏光成分を１種類の偏光成分に変換する偏光変換手段とを備え、
前記偏光分離膜の透過率特性は、前記偏光分離膜に入射する光のスペクトルのうち前記複数の色光のピークに対応する波長の光が所定範囲内の入射角度の差で入射した場合に，前記複数の色光のピークに対応する波長の光に対する透過率の差が約５％以内となるように調整されていることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の投写型表示装置であって、
前記偏光変換装置は、
第１の基板、前記偏光分離層、第２の基板、反射層の順番の繰り返し構造を有する基板ブロックを有しており、
前記偏光変換手段は、前記基板ブロックの光出射面側に設けられている、投写型表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の投写型表示装置であって、
前記偏光分離装置が複数個、前記偏光分離膜が向かい合うように配置した状態で設けられており、
各偏光分離装置の光出射面側に前記偏光変換手段がそれぞれ設けられている、投写型表示装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載の投写型表示装置であって、
前記偏光変換手段は、前記第１の基板から構成された光出射面、及び、前記第２の基板から構成された光出射面のうち、いずれか一方の面に対応して設けられたλ／２位相差層である、投写型表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明による投写型表示装置は、
光源と、
前記光源から射出されたランダムな偏光光方向を有する光を１種類の偏光成分を有する光に変換する偏光変換装置と、
前記偏光変換装置からの光を複数の色光に分離する色光分離手段と、
前記複数の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段と、
前記複数の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段と、
前記カラー画像を投写する投写光学系と、
を備えた投写型表示装置であって、
前記偏光変換装置は、前記光源から射出された光を２種類の偏光成分に分離する偏光分離膜と、前記偏光分離膜で分離された２種類の偏光成分を１種類の偏光成分に変換する偏光変換手段とを備え、
前記偏光分離膜の透過率特性は、前記偏光分離膜に入射する光のスペクトルのうち前記複数の色光のピークに対応する波長の光が所定範囲内の入射角度の差で入射した場合に，前記複数の色光のピークに対応する波長の光に対する透過率の差が約５％以内となるように調整されていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
前記偏光変換装置は、
第１の基板、前記偏光分離層、第２の基板、反射層の順番の繰り返し構造を有する基板ブロックを有しており、
前記偏光変換手段は、前記基板ブロックの光出射面側に設けられているようにしてもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
前記偏光分離装置が複数個、前記偏光分離膜が向かい合うように配置した状態で設けられており、
各偏光分離装置の光出射面側に前記偏光変換手段がそれぞれ設けられているようにしてもよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
前記偏光変換手段は、前記第１の基板から構成された光出射面、及び、前記第２の基板から構成された光出射面のうち、いずれか一方の面に対応して設けられたλ／２位相差層であるものとしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【補正の内容】