(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のインテグレータレンズアレイとＰＢＳコンバーターとの組み合わせで構成さた液晶プロジェクターの機能と性能を損ねることなく、小型化された照明系構造でなおかつ新しいタイプの冷却装置の搭載を可能にした液晶プロジェクターの照明系の設計を可能にする。また位相変換するための高耐熱・ミラー偏光変換素子の大きさも従来の半分以下の大きさに縮小する事によって液晶プロジェクターの照明系のスペースの縮小と製造コストの軽減を図る。【解決手段】位相差板を使用しないで偏光変換する事によって、インテグレータロッドレンズの役割を果たすライトトンネルの出射口側に当該発明の素子を装着する事が可能になった。これらのライトトンネルと偏光変換素子を組み合わせてプロジェクターの照明系を構成する事によって、さらにコンパクトになったため、冷却効果の高い装置が搭載しやすくなり照明系のデバイスの長寿命化が計られた。【選択図】図１
2005092171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも入射面に対して一定の角度を持って配置された部分反射膜を有する第１の透明基材と、該第１の透明基材からの反射光に対して一定の角度を持って配置された光学特性膜を有する第２の透明基材とからなり、最終的な出射光の位相が整合されることを特徴とする光学位相変換整合素子。
【請求項２】
前記部分反射膜が偏光分離膜であり、前記光学特性膜が全反射膜であり、前記第１の基材の部分反射膜を透過した出射光と前記第２の基材の光学特性膜で反射した出射光とが同一方向であることを特徴とする請求項１記載の光学位相変換整合素子。
【請求項３】
前記第１の基材と前記第２の基材との接合面に光学位相を変換する位相膜を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の光学位相変換整合素子。
【請求項４】
前記位相膜がポリカーボネートまたは水晶から構成されることを特徴とする請求項１、２または３記載の光学位相変換整合素子。
【請求項５】
前記位相膜が１軸延伸ポリカーボネート膜であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の光学位相変換整合素子。
【請求項６】
前記第１の基材の部分反射膜を透過した光の出射面と前記第２の基材の光学特性膜で反射した光の出射面とが同一平面上にあり、該平面上に両基材からの光を収束する手段を設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光学位相変換整合素子。
【請求項７】
前記光を収束する手段がプリズムまたはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項６記載の光学位相変換整合素子。
【請求項８】
前記第１の基材の光入射面上に熱伝導を利用した冷却部材を配置したことを特徴とする請求項１乃至７記載の光学位相変換整合素子。
【請求項９】
前記冷却部材がサファイヤ等の結晶部材であることを特徴とする請求項８記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１０】
前記第１の基材の部分反射膜と前記第２の基材の光学特性膜とが平行に配置されたことを特徴とする請求項１乃至９記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１１】
前記第１の基材の部分反射膜と前記第２の基材の光学特性膜とが９０度の角度になるように配置し、前記第２の基材の出射側と反対の面上に光学位相を変換する位相膜と全反射膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１２】
前記第２の基材の光学特性膜が、前記第１の基材の部分反射膜からの反射光を全反射し前記第２の基材の全反射膜からの光は全透過する性質を有するものであることを特徴とする請求項１または１１記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１３】
前記位相膜が１軸延伸ポリカーボネート膜であることを特徴とする請求項１、１１または１２記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１４】
前記第１および第２の基材が立方体形状であることを特徴とする請求項１乃至１３記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１５】
所定面に対して一定の角度で配置した光学特性膜を内蔵する立方体型透明基材と光学特性膜を内蔵しない立方体型透明基材とを複数３次元的に配置したことを特徴とする光学位相変換整合素子。
【請求項１６】
互いに直交する３つの軸をＸ、Ｙ及びＺとするとき、Ｙ軸方向に入射する光をＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第１の部分反射膜を有する第１の透明基材と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜を有する第２の透明基材と、該第２の基材に対してＸ軸側に隣接し該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜を有する第３の透明基材と、該第１及び第２の基材に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した全反射膜を有する第４の透明基材と、該第４の基材に対してＺ軸側に隣接しＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した全反射膜を有する第５の透明基材と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材とからなることを特徴とする光学位相変換整合素子。（図４）
【請求項１７】
互いに直交する３つの軸をＸ、Ｙ及びＺとするとき、Ｙ軸方向に入射する光をＺ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した部分反射膜を有する第１の透明基材と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の基材の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜を有する第２の透明基材と、該第２の基材に対してＺ軸側に隣接し該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜を有する第３の透明基材と、該第１及び第２の基材にＺ軸側に隣接しＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した全反射膜を有する第４の透明基材と、該第４の基材に対してＸ軸側に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した全反射膜を有する第５の透明部材と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材とからなることを特徴とする光学位相変換整合素子（図５）
【請求項１８】
前記第３及び第６の基材に隣接して両基材からの出射光を収束する手段を設けたことを特徴とする請求項１６及び１７記載の光学位相変換整合素子。
【請求項１９】
前記出射光を収束する手段がプリズムまたはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１８記載の光学位相変換整合素子。
【請求項２０】
請求項１６乃至１９の部分反射膜と全反射膜の構成を使い請求項１６及び１７と同じ光路によって光学位相変換を果たす光学的構造を持った装置。
【請求項２１】
入射光及び出射光の光路を妨げない面に冷却部材を配したことを特徴とする請求項１乃至２０記載の光学位相変換整合素子。
【請求項２２】
前記冷却部材が熱伝導性の高い金属あるいは強制的冷却可能なペルチェ素子であることを特徴とする請求項２１記載の光学位相変換整合素子。
【請求項２３】
少なくとも光源ユニットと、中空状多角柱の各内側面上に光反射手段を配置したライトトンネルと、請求項１乃至２２記載の光学変換整合素子とからなる照明ユニット。
【請求項２４】
前記ライトトンネル内の空気を流通させる手段を設けたことを特徴とする請求項２３記載の照明ユニット。
【請求項２５】
前記請求項１乃至２２の光学位相変換整合素子、或いは請求項２３または２４記載の照明ユニットを使用したことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は光学位相変換素子とライトトンネルを用いた照明系ユニット及びそれらを用いたプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】投射を目的とするプロジェクター等の投影機のスクリーン上の照度分布を均一化するためにインテクレートレンズアレイやライトトンネル等が使われてきた。
液晶パネルの制御光を投射する場合は光源の自然光を効率よく液晶パネルが制御するために液晶を通過できる偏頗面の直線偏光光に自然光を変換する必要があった。そのためインテグレートレンズアレイとＰＢＳコンバーターの組み合わせによってスクリーン上の照度分布の均一化と偏光変換とを行ってきた。一方、光源光を集光させる事によって均一化させるライトトンネルは偏頗面の位相変換を必要としないＤＭＤデバイス専用となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】液晶プロジェクターやＬＣＯＳ等のプロジェクターの光源光は位相変換素子であるＰＢＳコンバーターのビームスプリッターによって偏頗面を分離し、そのひとつの偏頗面をもつ光束をポリカーボネート等の高分子位相差板を透過させる事によって位相を変換し、もうひとつの光束の偏頗面と同一の光束に偏光変換して使っていた。
しかし高分子位相差板は耐熱性が弱く、さらに位相差板をＰＢＳコンバーターに装置するために粘着剤を使用するため、さらに耐熱性、耐光性が弱まっていた。
そのためライトトンネルのように狭い空間に光束を集光する手法では、当然光源の熱が狭い範囲に集束するため、位相変換素子を使って偏光変換をすることが出来なかった。【０００４】ライトトンネルの照度分布を均一化する手法のメリットは装置構造をコンパクトにすることが出来るという事である。デメリットは偏光変換したいライトトンネルの出射光は非常に高密度高温になってしまうという事である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記課題を解決するために、本発明に係る光学位相変換整合素子では、少なくとも入射面に対して一定の角度を持って配置された部分反射膜を有する第１の透明基材と、該第１の透明基材からの反射光に対して一定の角度を持って配置された光学特性膜を有する第２の透明基材とからなり、最終的な出射光の位相が整合されることを特徴とする。
本発明においては、例えば、前記部分反射膜が偏光分離膜であり、前記光学特性膜が全反射膜であり、前記第１の基材の部分反射膜を透過した出射光と前記第２の基材の光学特性膜で反射した出射光とが同一方向である。
本発明では、前記第１の基材と前記第２の基材との接合面に光学位相を変換する位相膜を設けた構成を採用することができる。
本発明において、前記位相膜としては、ポリカーボネートまたは水晶からなるものを用いることができる。
本発明において、前記位相膜としては、１軸延伸ポリカーボネート膜を用いることができる。【０００６】本発明の光学位相変換整合素子には同一偏頗面の光束の出射光口に前記光を収束するためにプリズム又はシリンドリカルレンズを搭載する事が出来る。
また光学位相変換整合素子の光束の通過する部位に熱伝導で除熱することを目的に透明な冷却用の研磨されたサファイヤ（図１の２７）等の結晶をつけることが出来る。【０００７】本発明の光学位相変換整合素子は第１の基材の部分反射膜と第２の基材の光学特性膜が平行に波位置されたものと（図２Ａ）、９０度の角度になるように配置して第２の基材の出射光面の反対側に位相変換素子と全反射膜を設けたものがある。（図２Ｂ）
図２のＢの場合の第２の基材の部分反射膜１１は第１の基材の反射光を全反射し、第２の基材からの反射光は全透過する性質を有するものである。
図２Ｂの位相変換整合素子の位相膜５も一軸延伸のポリカーボネート或いは水晶等の材質で構成されたものである。また第１第２の基材とも透明な立方体である。【０００８】さらに位相膜を透過することなく位相変換する光学特性膜を三次元的に配した『偏光変換ミラーユニット』（図３）を使う事によってさらに耐熱性を向上させる可能性が出てくるのである。【０００９】『偏光変換ミラーユニット』の構造図（図４）は互いに直交する３つの軸をＸ、Ｙ及びＺとするときＹ軸方向に入射する自然光１２、をＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第１の部分反射膜１０、を有する第１の透明基材９と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜２３、を有する第２の透明基材１７と、該第２の基材に対してＸ軸側に隣接し該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜２４、を有する第３の透明基材１９と、該第１及び第２の基材に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第３の全反射膜２５、を有する第４の透明基材２０と、該第４の基材に対してＺ軸側に隣接しＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第４全反射膜２６、を有する第５の透明基材２１と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材２２、とからなることを特徴とする光学位相変換整合素子である。（図４）【００１０】この『偏光変換ミラーユニット』内の光路図を説明すると図４、に表示したようにＹ軸方向に入射した光１２は第１の部分反射膜１０、に反射し、Ｘ軸方向に向かい第４の全反射膜２６、によってＺ軸方向に向かいさらに第４の全反射膜２６、で位相がねじれ、第１の部分反射膜１０、を透過してＹ軸方向へ進んだ光が第１の全反射面２３、と第２の全反射膜２４、を反射した光と同一の偏頗面となって出会う事になる。この２つの光束をシリンドリカルレンズ６、等の手段を用いて収束することが出来る。【００１１】もうひとつの『偏光変換ミラーユニット』も同様に互いに直交する３つの軸をＸ、Ｙ及びＺとするとき、Ｙ軸方向に入射する自然光１２、をＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第１の部分反射膜１０、を有する第１の透明基材９と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の基材の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜２３、を有する第２の透明基材１７と、該第２の基材に対してＺ軸側に隣接し該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜２４、を有する第３の透明基材１９と、該第１の基材に隣接しＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第３の全反射膜２５、を有する第４の透明基材と、該第４の基材に対してＸ軸側に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第４の全反射膜２６、を有する第５の透明基材２１、と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材２２、とからなる光学位相変換整合素子（図５）である。【００１２】この『偏光変換ミラーユニット』内の光路図を説明すると図５に表示したようにこのＹ軸方向に入射した自然光１２は、第１の部分反射膜１０に反射し、Ｚ軸方向に向かい第３の全反射膜２５、によってＸ軸方向に向かいさらに第４の全反射膜２６、でＹ軸方向へ折れる事によって位相変換し、第１の部分反射膜１０、を透過してＹ軸方向へ進んだ光が第１の全反射膜２３、と第２の全反射膜２４、を反射した光と偏頗面を同一にして出会う事になる。この２つの光束をシリンドリカルレンズ等の手段を用いて収束することが出来る。【００１３】また上記『偏光変換ミラーユニット』である【００１０】及び【００１２】のそれぞれと同様の光路を、接着剤を用いないで実現するために、第１の部分反射膜は透明な基材に、第１の全反射膜、第２の全反射膜、第３の全反射膜、第４の全反射膜を透明な基材によらず金属に蒸着して、あらかじめ構成された射出成形あるいはダイキャストの枠に配置する事によって、有機質物質である接着剤を一切使用しないで光路を構成できるため、さらに熱耐久性を向上させる『偏光変換ミラーユニット』をつくることが出来る。【００１４】入射光及び出射光の光路を妨げない面に冷却部材を配することができた光学位相変換整合素子および光路内を空冷する事も可能になったライトトンネルを使ったプロジェクター照明系ユニットを構成することが出来る。【００１５】以上のように偏光変換素子がライトトンネルの出射光の高熱に耐えられる事によってライトトンネルと偏光変換素子の組み合わせによって、照度分布の均一化と液晶の透過光である単一直線偏光光を得ることができる。
であれば、ライトトンネルのメリットであるコンパクト化を液晶プロジェクターにおいても実現できる事になる。（図１）【００１６】本発明の光学位相変換整合素子は従来の液晶プロジェクターに使われてきているＰＢＳコンバーターのように広い面積を必要としない、集光された高温の場所に装置する事を目的としているため、従来のＰＢＳコンバーターに比して極めて小型の構造である。
【発明の効果】
【００１７】本発明の効果として、図２のＡ，Ｂに示したように位相差板を透明なガラス基材の中に封じ込める事によって、もっとも耐熱性の弱い位相差板でも従来の粘着剤によって貼着されたＰＢＳコンバーターよりも空気に触れないこと、接着剤にて固着されている事、小面積である事、等の条件により従来の液晶プロジェクターに使用されているＰＢＳコンバーターの耐久性に比べて向上する事が出来るのである。
また偏光変換素子が従来のＰＢＳコンバーターに比べて小型な構造になっているため、耐熱性の強い水晶の位相差板を用いたとしてもコストに与える影響を小さく抑えることが出来る。【００１８】コンパクトである事で光路が狭くなっていてライトトンネルも偏光変換素子も光の進路を妨げない形で多くの除熱のための面積を残している事が特徴である。
その光の進路を妨げない部位にはアルミ等の熱伝導性の高い金属を接する形で装置する事が出来る。（図１、図６）また強制冷却にはペルチェ素子等も発熱部分を覆うことが可能になり、装置できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】図面を参照して、本発明を適用した光学位相変換素子および光学位相変換素子を用いた液晶プロジェクターの照明系装置を説明する。【００２０】図１は本発明を適用したプロジェクターの照明系装置の説明図である。１の光源ユニットから発光する自然光１８は３の赤外域の熱線カットフィルターを経て７の集光レンズによって集光されて２のライトトンネル内に入射する。ライトトンネル内で複数回の反射を繰り返し均一化された自然光は４のコリメーターレンズで平行光に修正され照度分布が均一化された自然光１２、となって本発明の光学位相差変換整合素子に入射する。【００２１】図２のＡ，Ｂは本発明の光学位相変換整合素子の光路の説明図である。図２のＡの場合、本発明の光学位相変換整合素子９に入射した自然光１２は第１の部分反射膜１０によって分離された光のうち反射された光は５の１軸延伸のポリカーボネート或いは水晶によって作られた位相差板を垂直に透過して第２の部分反射膜で可視光を全反射した光１４はシリンドリカルレンズによって第１の部分反射面を透過した光１３と集光する。
図２のＢの場合は本発明の光学位相変換整合素子１７に入射した自然光１２は第１の部分反射膜１０によって分離された光のうち反射された光は第２の部分反射膜１１で可視光を全反射し５に設置した位相差板を経て第３の反射面１６に反射して位相変換された光は再び第２の部分反射面を透過した可視光１４はシリンドリカルレンズによって第１の部分反射面を透過した光１３と集光する。【００２２】同様にして図４、【０００９】および【００１１】に説明した光学的光路及び構造の『偏光変換ミラーユニット』と、【００１０】及び【００１２】で説明した光学的光路及び構造の『偏光変換ミラーユニット』、および【００１３】に示した接着剤をまったく使わないで構成した反射膜の構造の『偏光変換ミラーユニット』もライトトンネルの出射光１２を入射させて同一の偏頗面に偏光変換する液晶プロジェクターのための照明系装置とすることが出来る。【００２１】以上のように本発明の偏光変換整合素子をライトトンネルの出射光部から平行光に変換した光を入射し偏光変換光を売ることが出来る。【００２２】そのように１つの偏頗面の直線偏光に変換された均一分布の照明光はダイクロミラーによって赤が分離されさらに緑、青が分離され各色の画面を制御する液晶パネルへと導かれる。そして液晶で制御された画像はＸキューブによって色合成され投射レンズを経てスクリーンへ投射される事になる。【００２３】本発明の特徴はコンパクトである事と同時に偏光変換装置が耐熱性に優れているという事である。この照明系を使用する事によって、従来の液晶プロジェクターの構造はさらにコンパクトにする事が出来た。そして耐久性を向上させ、価格を抑え、その普及に大きく貢献できる可能性ができた。
【産業上の利用可能性】
【００２４】従来ライトトンネルはデジタルミラーデバイスの照明系として利用されてきた。それはデジタルミラーデバイスの光源は直線偏光光の必要がなく、さらに耐熱性に富んでいたからである。この事によってデジタルミラーデバイスを使ったプロジェクターは高照度、コンパクトの２面を持ったプロジェクターとして画像投射手段として受け入れられてきた。
しかし液晶もＬＣＯＳの出現もあり、従来の透過型液晶パネルも小型化と低価格化が進んできた。その場合常に課題となる事が耐熱性の高い位相変換素子と照明光源のコンパクト化であった。これらの課題を本発明の位相変換整合素子や『偏光変換ミラーユニット』を使用することで解決する事ができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合光学素子とライトトンネルと光源による、液晶プロジェクター用の照明系基本構成図である。
【図２】Ａ  本発明の複合光学素子の光路及び偏光の様子を示した光路図である。  Ｂ  本複合光学素子の第１の部分反射膜とそれと直角をなす第２の部分反射膜を構成した時の光路図である。
【図３】偏光変換ミラーユニットの基材配置見取り図。
【図４】偏光変換ミラーユニットの光路図と反射膜位置縦波出射の場合（Ｐ波）。
【図５】偏光変換ミラーユニットの光路図と反射膜位置横波出射の場合（Ｓ波）。
【図５】本発明の複合光学素子が放熱フィンを装置した図である。
【符号の説明】
１    光源ユニット
２    ライトトンネル
３    赤外線フィルター
４    コリメートレンズ
５    位相差板
６    シリンドリカルレンズ
７    集光レンズ
８    放熱フィン
９    第１の透明な基材
１０  第１の部分反射膜
１１  第２の部分反射膜
１２  第１の入射光
１３  第１直線偏光光
１４  第２直線偏光光
１５  第１のプリズム
１６  第３の反射面
１７  第２の透明な基材
１８  自然光
１９  第３の透明な基材
２０  第４の透明な基材
２１  第５の透明な基材
２２  第６の透明な基材
２３  第１の全反射膜
２４  第２の全反射膜
２５  第３の全反射膜
２６  第４の全反射膜
２７  サファイヤ除熱板
【図１】
2005092171.tif 000003
【図２】
2005092171.tif 000004
【図３】
2005092171.tif 000005
【図４】
2005092171.tif 000006
【図５】
2005092171.tif 000007
【図６】
2005092171.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月9日(2003.12.9)
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は光学位相変換素子とライトトンネルを用いた照明系ユニット及びそれらを用いたプロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】投射を目的とするプロジェクター等の投影機のスクリーン上の照度分布を均一化するためにインテグレートレンズアレイやライトトンネル等が使われてきた。
液晶パネルの制御光を投射する場合は光源の自然光が効率よく液晶パネルによって制御させるために、液晶を通過できる偏頗面の直線偏光光に自然光を変換する必要があった。
そのためインテグレートレンズアレイとＰＢＳコンバーターの組み合わせによってスクリーン上の照度分布の均一化と偏光変換とを行ってきた。一方、光源光を集光させる事によって均一化させるライトトンネルは偏頗面の位相変換を必要としないＤＭＤデバイス専用となっていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】液晶プロジェクターやＬＣＯＳ等のプロジェクターの光源光は、位相変換素子であるＰＢＳコンバーターのビームスプリッターによって偏頗面を分離し、そのひとつの偏頗面をもつ光束をポリカーボネート等の高分子位相差板を通過させることによって位相を変換し、一方の光束の偏頗面と同一の光束に偏光変換して使っていた。
しかし高分子位相差板は耐熱性が弱く、さらに位相差板をＰＢＳコンバーターに装置するために粘着剤を使用するため、さらに耐熱性、耐光性が弱まっていた。
そのためライトトンネルのように狭い空間に光束を集中する手法では、当然光源の熱が狭い範囲に集中するため、位相変換素子を使って偏光変換することができなかった。【０００４】ライトトンネルの照度分布を均一化する手法のメリットは装置構造をコンパクトにすることができるという事である。デメリットは偏光変換したいライトトンネルの出射光は非常に高密度高温になってしまうという事である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】上記課題を解決するために、本発明に係わる光学位相変換整合素子では、少なくとも入射面に対して一定の角度を持って配置された部分反射幕を有する第１の透明基材と、該第１の透明基材からの反射光に対して一定の角度を持って配置された光学特性膜を有する第２の透明基材とからなり、最終的な出射光の位相が整合されることを特徴とする。
本発明においては、例えば、前記部分反射膜が偏光分離膜であり、前記光学特性膜が全反射膜であり、前記第１の基材の部分反射膜を透過した出射光と前記第２の基材の光学特性膜で反射した光とが同一方向である。（図２Ａ）
本発明では、前記第１の基材と前記第２の基材との接合面に光学位相を変換する位相膜を設けた構成を採用することができる。
本発明において、前記位相膜としては、ポリカーボネートまたは水晶からなるものを用いることができる
本発明において、前記位相膜としては、１軸延伸ポリカーボネート膜を用いることができる。【０００６】本発明の光学位相変換整合素子には同一偏頗面の光束の出射光口に前記光を収束するためにプリズム又はシリンドリカルレンズを搭載することができる。
また光学位相変換整合素子の光束の通過する部位に熱伝導で徐熱することを目的に透明な冷却用の研磨されたサファイヤ（図１の２７）等の結晶をつけることができる。【０００７】本発明の光学位相変換整合素子は第１の基材の部分反射膜と第２の基材の光学特性膜が平行に配置されたものと（図２Ａ）、９０度の角度になるように配置して第２の基材の出射光面の反対側に位相変換素子と全反射膜を設けたものがある。（図２Ｂ）図２のＢの場合の第２の基材の部分反射膜１１は第１の基材の反射光を全反射し、第２の基材から反射光は全透過する性質を有するものである。
図２Ｂの位相変換整合素子の位相膜５も一軸延伸のポリカーボネートあるいは水晶等の材質で構成されたものである。また第１第２の基材とも透明な立方体である。【０００８】さらに位相差膜を透過することなく位相変換する光学特性膜を三次元的に配置した『偏光変換ミラーユニット』（図３）を使う事によってさらに耐久性を向上させる可能性が出てくるのである。【０００９】『偏光変換ミラーユニット』の構造図（図４）は互いに直行する３つの軸をＸ，Ｙ及びＺとするときＹ軸方向に入射する自然光１２、をＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第１の部分反射膜１０、を有する第１の透明基材９と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜２３、を有する第２の透明基材１７と該第２の基材に対してＸ軸側に隣接し該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜２４、を有する第３の透明基材１９と該第１及び第２の基材に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第３の全反射膜２５、を有する第４の透明基材２０と該第４の基材に対して２軸側に隣接しＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第４の全反射膜２６、を有する第５の透明基材２１と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材２２、とからなることを特徴とする光学位相変換整合素子である。（図４）【００１０】この『偏光ミラーユニット』内の光路図を説明すると図４、に表示したようにＹ軸方向に入射した光１２は第１の部分反射膜１０、に反射し、Ｘ軸方向に向かい第４の全反射膜２６、によってＺ軸方向に向かいさらに第４の全反射膜２６、で位相がねじれ、第一の部分反射膜１０、を透過してＹ軸方向へ進んだ光が第１の全反射膜２３、と第２の全反射膜２４、を反射した光と同一の偏頗面となって出会うことになる。
この２つの光束をシリンドリカルレンズ６、等の手段を用いて収束する事ができる。【００１１】もうひとつの『偏光ミラーユニット』も同様に互いに直行する３つの軸をＸ，Ｙ及びＺとするとき、Ｙ軸方向に入射する自然光１２、をＸ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第１の部分反射膜１０、を有する第１の透明基材９と、該第１の基材の入射側の反対側に隣接し第１の基材の部分反射膜と平行に配置した第１の全反射膜２３、を有する第２の透明基材１７と、該第２の基材に対してＺ軸側に隣接した該第２の基材の全反射膜と平行に配置した第２の全反射膜２４、を有する第３の透明基材１９と、該第１の基材に隣接し、Ｘ／Ｙ面に対して４５度傾斜させて配置した第３の全反射膜２５、を有する第４の透明基材と、該第４基材に対してＸ軸側に隣接しＹ／Ｚ面に対して４５度傾斜させて配置した第４の全反射膜２６、を有する第５の透明基材２１、と、第３及び第５の基材に隣接し光学特性膜を有しない第６の透明基材２２、とからなる光学位相変換素子（図５）である。【００１２】この『偏光変換ミラーユニット』内の光路図を説明すると図５に表示したようにこのＹ軸方向に入射した自然光１２は、第１の部分反射膜１０に反射し、Ｚ軸方向に向かい第３の全反射膜２５、によってＸ軸方向に向かいさらに第４の全反射膜２６、でＹ軸方向へ折れる事によって位相変換し、第１の部分反射膜１０、を透過してＹ軸方向へ進んだ光が第１の全反射膜２３、と第２の全反射膜２４、を反射した光と偏頗面を同一にして出会う事になる。この２つの光束をシリンドリカルレンズ等の手段を用いて収束する事ができる。【００１３】また上記『偏光変換ミラーユニット』である【００１０】及び【００１２】のそれぞれと同様の光路を接着剤を用いないで実現するために第１の部分反射膜は透明な基材に、第１の全反射膜、第２の全反射膜、第３の全反射膜、第４の全反射膜を透明な基材によらず金属に蒸着して、あらかじめ構成された射出成形ミラー枠、あるいはダイキャストの枠の中に配置する事によって、有機物質である接着剤を一切使用しないで光路を構成できるため、さらに熱耐久性を向上させる『偏光変換ミラーユニット』をつくる事ができる。【００１４】入射光及び出射光の光路を妨げない面に冷却部材を配する事ができた光学位相変換整合素子および光路内を空冷することも可能になったライトトンネルを使ったプロジェクター照明系ユニットを構成する事ができる。【００１５】以上のように偏光変換素子がライトトンネルの出射光の高熱に耐えられる事によってライトトンネルと偏光変換素子の組み合わせによって、照度分布の均一化と液晶の透過光である単一直線偏光光を得ることができる。
であれば、ライトトンネルのメリットであるコンパクト化を液晶プロジェクターにおいても実現できる事になる。（図１）【００１６】本発明の光学位相変換整合素子は従来の液晶プロジェクターに使われてきているＰＢＳコンバーターのように広い面積を必要としない、集光された高温の場所に装置することを目的にしているため、従来のＰＢＳコンバーターに比して極めて小型の構造である。
【発明の効果】
【００１７】本発明の効果として、図２のＡ，Ｂに示したように位相差板を透明なガラス基材の中に封じ込める事によって、もっとも耐熱性の弱い位相差板でも従来の粘着剤によって貼着されたＰＢＳコンバーターよりも空気に触れないこと、接着剤にて固定されている事、小面積である事、等の条件により従来の液晶プロジェクターに使用されているＰＢＳコンバーターの耐久性に比べて向上する事が出来るのである。
また偏光変換素子が従来のＰＢＳコンバーターに比べて小型な構造になっているため、耐熱性の強い水晶の位相差板を用いたとしてもコストに与える影響を小さく抑える事が出来る。【００１８】コンパクトであることで光路が狭くなっていてライトトンネルも偏光変換素子もひかりの進路を妨げない形で多くの徐熱のための面積を残している事が特徴である。
その光路を妨げない部位にはアルミ等の熱伝導性の高い金属を接する形で装置する事が出来る。（図１、図６）また強制冷却にはベルチェ素子等も発熱部分を覆う事が可能になり、装置できるようになった。【００１９】
【発明を実施するための最良の形態】図面を参照して、本発明を適用した光学位相変換素子及び光学位相変換素子を用いた液晶プロジェクターの照明装置を説明する。【００２０】図１は本発明を適用したプロジェクターの照明系装置の説明図である。１の光源ユニットから発光する自然光１８は３の赤外線カットフィルターを経て７の集光レンズによって集光されて２のライトトンネル内に入射する。ライトトンネル内で複数回の反射を繰り返し均一化された自然光は４のコリメーターレンズで平行光に修正され照度分布が均一化された自然光１２、となって本発明の光学位相変換整合素子に入射する。【００２１】図２のＡ，Ｂは本発明の光学位相変換整合素子の光路の説明図である。図２のＡの場合、本発明の光学変換整合素子９、に入射した自然光１２は第１の部分反射膜１０によって分離された光のうち反射された光は５の１軸延伸ポリカーボネート或いは水晶によって作られた位相差板を垂直に透過して第２の部分反射膜で可視光を全反射した光１４はシリンドリカルレンズによって第１の部分反射面を透過した光１３と集光する。
図２のＢの場合は本発明の光学位相変換整合素子１７に入射した自然光１２は第１の部分反射膜１０によって分離された光のうち反射された光は第２の部分反射膜１１で可視光を全反射し５に設置した位相差板を経て第３の反射面１６に反射して位相変換された光は再び第２の部分反射面を透過した可視光１４はシリンドリカルレンズによって第１の部分反射面を透過した光１３と集光する。【００２２】そのように１つの偏頗面の直線偏光に変換された均一分布の照明光はダイクロミラーによって赤が分離されさらに緑、青が分離され各色の画面を制御する液晶パネルへと導かれる。そして液晶で制御された画像はＸキューブによって色合成され投射レンズを経てスクリーンへ投射されることになる。【００２３】本発明の特徴はコンパクトである事と同時に偏光変換装置が耐熱性に優れていると言うことである。この照明系を使用することによって、従来の液晶プロジェクターの構造はさらにコンパクトにする事が出来た。そして耐久性を向上させ、価格を抑え、その普及に大きく貢献できる可能性が出来た。【００２４】
【産業上の利用の可能性】
従来のライトトンネルはデジタルミラーデバイスの照明系として利用されてきた。それはデジタルミラーデバイスの光源は直線偏光光の必要がなく、さらに耐熱性に富んでいたからである。この事によってデジタルミラーデバイスを使ったプロジェクターは高照度、コンパクトの２面を持ったプロジェクターとして画像投射手段として受け入れられてきた。
しかし液晶パネルもＬＣＯＳの出現もあり、従来の透過型液晶パネルも小型化低価格化が進んできた。その場合常に課題となる事が耐熱性の高い位相変換素子と照明光源のコンパクト化であった。これらの課題を本発明の位相変換整合素子や『偏光変換ミラーユニット』を使用することで解決する事が出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の複合光学素子とライトトンネルと光源による、液晶プロジェクター用の照明系基本構成図である。
【図２】Ａ    本発明の複合光学素子の光路及び偏光の様子を示した光路図である。Ｂ    本複合光学素子の第１の部分反射膜とそれと直角をなす第２の部分反射膜を構成した時の光路図である。
【図３】偏光変換ミラーユニットの基材配置見取り図。
【図４】偏光変換ミラーユニットの光路図と反射膜位置縦波出射光の場合（Ｐ波）。
【図５】偏光変換ミラーユニットの光路図と反射膜位置横波出射光の場合（Ｓ波）。
【図６】本発明の複合光学素子が放熱フィンを装置した図である。
【符号の説明】
【００２６】１      光源ユニット
２      ライトトンネル
３      赤外線フィルター
４      コリメートレンズ
５      位相差板
６      シリンドリカルレンズ
７      集光レンズ
８      放熱フィン
９      第１の透明な基材
１０    第１の部分反射膜
１１    第２の部分反射膜
１２    第１の入射光
１３    第１直線偏光光
１４    第２直線偏光光
１５    第１のプリズム
１６    第３の反射面
１７    第２の透明な基材
１８    自然光
１９    第３の透明な基材
２０    第４の透明な基材
２１    第５の透明な基材
２２    第６の透明な基材
２３    第１の反射膜
２４    第２の全反射膜
２５    第３の全反射膜
２６    第４の全反射膜
２７    サファイヤ徐熱板