(57)【要約】【課題】ばらつきの無い良好な偏光変換効率を有し、簡易に製造可能な波長板、偏光変換素子、照明光学系及び画像表示装置を提供することと目的とする。【解決手段】結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が第１の水晶板の主面に重ね合わされた第２の水晶板と、を備えた波長板とする。そして、この波長板は、主面に垂直な方向から見た正面視において、第１の水晶板の光学軸と、第２の水晶板の光学軸とがなす角度が４５度であり、主面に平行な方向から見た上面視において、第１の水晶板の光学軸と、第２の水晶板の光学軸とが平行とされたものとする。また、この波長板を用いて、偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、
結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が前記第１の水晶板の前記主面に重ね合わされた第２の水晶板と、
を備え、前記主面に垂直な方向から見た正面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とがなす角度が４５度であり、前記主面に平行な方向から見た上面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とが平行とされた
波長板。
【請求項２】
前記正面視における前記第１の水晶板の光学軸の方位角が、それぞれ２２．５度、６７．５度、１１２．５度、１５７．５度のとき、前記正面視における前記第２の水晶板の光学軸の前記方位角は、それぞれ６７．５度、２２．５度、１５７．５度、１１２．５度である請求項１に記載の波長板。
【請求項３】
前記第１及び第２の水晶板は、所望の波長の光に対して、１８０度の位相差を生じさせる請求項１〜２に記載の波長板。
【請求項４】
前記第１及び第２の水晶板の光学軸は、前記第１及び第２の水晶板の主面に対して１５度〜３０度傾いている請求項１〜３に記載の波長板。
【請求項５】
前記第１及び第２の水晶板の厚さ及び厚さ方向の光学軸の傾きは等しい請求項１〜４に記載の波長板。
【請求項６】
前記第１の水晶板及び前記第２の水晶板の単板厚みが、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである請求項１〜５に記載の波長板。
【請求項７】
入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段と、
前記偏光分割手段により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を備え、
前記波長板は、結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が前記第１の水晶板の前記主面に重ね合わされた第２の水晶板と、を備え、前記主面に垂直な方向から見た正面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とがなす角度が４５度であり、前記主面に平行な方向から見た上面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とが平行とされた
偏光変換素子。
【請求項８】
前記偏光分割手段と、前記波長板を複数個備え、
前記波長板は、入射する光の入射角度及び強度と、前記波長板の視野角特性とが対応するように、前記主面の面内方向に回転して配設される請求項７に記載の偏光変換素子。
【請求項９】
光源と、
前記光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子と、
前記インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置され、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段と、前記偏光分割手段により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を備えた偏光変換素子と、
を含み、
前記波長板は、結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が前記第１の水晶板の前記主面に重ね合わされた第２の水晶板と、を備え、前記主面に垂直な方向から見た正面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とがなす角度が４５度であり、前記主面に平行な方向から見た上面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とが平行とされた
照明光学系。
【請求項１０】
前記偏光変換素子は、複数個の前記偏光分割手段と前記波長板を備え、
前記波長板は、入射する光の入射角度及び強度と、前記波長板の視野角特性とが対応するように、前記主面の面内方向に回転して配設される請求項９に記載の偏光変換素子。
【請求項１１】
光源と、前記光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子と、前記インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置され、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段と、前記偏光分割手段により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を備えた偏光変換素子と、を含む照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を分光する分光光学系と、
前記分光された光をそれぞれ変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルによって変調された光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射するレンズと、
を含み、
前記波長板は、結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が前記第１の水晶板の前記主面に重ね合わされた第２の水晶板と、を備え、前記主面に垂直な方向から見た正面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とがなす角度が４５度であり、前記主面に平行な方向から見た上面視において、前記第１の水晶板の光学軸と、前記第２の水晶板の光学軸とが平行とされた
画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過する光の偏光方向を変える波長板、及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、投射型画像表示装置（プロジェクタ）には、光の利用効率を上げるために偏光変換素子が用いられている。この偏光変換素子には、光の偏光方向を変えるために１／２波長板が用いられる。
こうした用途の１／２波長板は、可視域の波長全般において良好な偏光変換を行うことが必要であり、広帯域の１／２波長板が用いられている。
【０００３】
１／２波長板の材料としては、ポリカーボネート等のフィルムが一般的であるが、例えば下記特許文献１では、耐熱性・耐光性を改善するために水晶の波長板が提案されている。下記特許文献１では、２枚の水晶板を積層することによって波長板が構成されている。特に、入射する直線偏光の偏光面と第一の波長板の光学軸とがなす角度をθ１、入射する直線偏光の偏光面と第二の波長板の光学軸とがなす角度をθ２とすると、θ２＝θ１＋４５かつ０＜θ１＜４５を満たすように構成することで広帯域化できるとしている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、２枚の同一の水晶板を４５度ずらして貼り合わせ、一方の水晶板を基準面に対して２２．５度の角度となるように配置することが記載されている。
このように配置することで、視野角特性に偏りのある波長板が構成される。下記特許文献２では、この波長板の配置を変えることによって、この視野角特性を有効に利用するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２７７５１４号公報
【特許文献２】特開２００９−１３３９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１では、２枚の水晶板それぞれによって生じる位相差が、入射光線の入射角度に応じて変化する。このため、２枚の水晶板それぞれにおける位相差のずれが互いに打ち消しあうようにする必要があり、設計が複雑なものとなる。
また、波長分散や輝度の低下を抑制し、フィルムの１／２波長板と同等の光学性能を達成するためには、水晶板の厚みを極力薄くしなければならない。しかし、厚みが薄くなるほど加工の難易度は増し、歩留まりやコストの影響が大きくなる。
【０００７】
また、上記特許文献２のように、水晶波長板の設計を単純化するとともに水晶板の厚みを厚くし、照明光学系や偏光変換素子への配置の仕方によって全体最適を図る方法は有効である。
しかし、上記特許文献２のように、２枚の同一の水晶板を４５度ずらして貼り合わせ、一方の水晶板を基準面に対して２２．５度の角度となるように配置するのみでは、その光学性能にばらつきが生じてしまうことがあった。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、ばらつきの無い良好な偏光変換効率を有し、簡易に製造可能な波長板、偏光変換素子、照明光学系及び画像表示装置を提供することと目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による波長板は、結晶の光学軸が主面に対して傾斜した第１の水晶板と、結晶の光学軸が主面に対して傾斜し、その主面が第１の水晶板の主面に重ね合わされた第２の水晶板と、を備える。
そして、主面に垂直な方向から見た正面視において、第１の水晶板の光学軸と、第２の水晶板の光学軸とがなす角度は４５度であり、主面に平行な方向から見た上面視において、第１の水晶板の光学軸と、第２の水晶板の光学軸とが平行とされる。
【００１０】
本発明によれば、波長板または水晶板の主面に平行な方向から見た場合に、２枚の水晶板の光学軸方向が平行となるように配置するものである。すなわち、主面に平行な方向から見た２つの光学軸の向きが、波長板の光学特性に大きな影響を及ぼしており、この２つの光学軸が平行となるように構成することで、偏光変換効率に対する光の波長依存性を最大限に低減できることを見出したものである。また、入射角が０度からマイナス側の光に対する偏光変換効率の入射角依存性も低減される。
【００１１】
また、本発明による偏光変換素子は、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段と、偏光分割手段により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を備える。そして、この波長板には、上述の波長板を用いるものである。
したがって、この偏光変換素子においても、偏光変換効率の波長依存性及び入射角依存性が低減される。
【００１２】
また、本発明による照明光学系は、光源と、前記光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子を含む。
また、インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置され、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段と、偏光分割手段により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を備えた偏光変換素子も含む。そして、この偏光変換素子には、上述の偏光変換素子を用いるものである。
【００１３】
本発明の照明光学系によれば、上述の偏光変換素子を用いているため、光源に対して、広い波長範囲及び入射角度の光が偏光変換される。これにより、従来よりも明るい照明光を提供できる。
【００１４】
また、本発明による画像表示装置は、上述の照明光学系と、照明光学系から出射された光を分光する分光光学系と、分光された光をそれぞれ変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を合成する光合成手段と、光合成手段により合成された光を投射するレンズと、を含む。
【００１５】
本発明の画像表示装置によれば、上述の照明光学系を用いているため、光源からの光に対して効率良く画像を生成できる。このため、低消費電力で、より明るい画像が提供できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、波長板または水晶板の主面に平行な方向から見た場合に、２枚の水晶板の光学軸方向が平行となるように構成される。このため、入射角依存性及び波長依存性が低減され、ばらつきの無い良好な偏光変換効率を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１Ａは、第１の実施の形態に係る波長板を、その主面に平行な方向から見た上面図であり、図１Ｂは、その主面に垂直な方向から見た正面図である。
【図２】図２Ａは、従来の波長板を、その主面に平行な方向から見た上面図であり、図２Ｂは、その主面に垂直な方向から見た正面図である。
【図３】本発明において、波長板に入射する光の入射角を示す説明図である。
【図４】図４Ａは、シミュレーションにより求めた第１の実施の形態に係る波長板の平行ニコルにおける光の透過率であり、図４Ｂは、直交ニコルにおける光の透過率である。
【図５】図５Ａは、シミュレーションにより求めた従来の波長板の平行ニコルにおける光の透過率であり、図５Ｂは、垂直ニコルにおける光の透過率である。
【図６】図６Ａは、試作した水晶板を、その主面に平行な方向から見た模式図であり、図６Ｂは、その主面に垂直な方向から見た模式図である。
【図７】図７Ａは、試作した水晶板により構成された第１の実施の形態に係る波長板を、その主面に平行な方向から見た模式図であり、図７Ｂは、その主面に垂直な方向から見た模式図である。
【図８】図８Ａは、試作した水晶板により構成された従来の波長板を、その主面に平行な方向から見た模式図であり、図８Ｂは、その主面に垂直な方向から見た模式図である。
【図９】作製した波長板の透過率を測定する様子を示す説明図である。
【図１０】図１０Ａは、第１の実施の形態に係る波長板の平行ニコルにおける光の透過率の実測値であり、図１０Ｂは、直交ニコルにおける光の透過率の実測値である。
【図１１】図１１Ａは、従来の波長板の平行ニコルにおける光の透過率の実測値であり、図１１Ｂは、直交ニコルにおける光の透過率の実測値である。
【図１２】図１２Ａは、第１の実施の形態に係る波長板において、水晶板同士を接着して平行ニコルにおける光の透過率を測定した実測値であり、図１２Ｂは、直交ニコルにおける光の透過率を測定した実測値である。
【図１３】第２の実施の形態に係る偏光変換素子を示す概略構成図である。
【図１４】図１４Ａは、第２の実施の形態に係る偏光変換素子の正面図であり、図１４Ｂ，Ｃは、第２の実施の形態に係る偏光変換素子を構成する波長板の配置を示す説明図である。
【図１５】第２の実施の形態に係る偏光変換素子において、波長板の組み合わせを示す説明図である。
【図１６】第３の実施の形態に係る照明光学系を示す概略構成図である。
【図１７】第４の実施の形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（波長板の例）
２．第２の実施の形態（偏光変換素子の例）
３．第３の実施の形態（照明光学系の例）
４．第４の実施の形態（画像表示装置の例）
【００１９】
まず始めに、本発明における座標系を定義する。本発明では、右手座標系で考えるものとし、図中ＸＹ軸を波長板面内方向、Ｚ軸を波長板の厚み方向とする。また、この波長板を机に置いて上から眺めた場合、右手側をＸ軸正方向、上側をＹ軸正方向とし、机の下から上に向かう方向を正とする。
また、この波長板について光学計算を行う場合は、光は常にＺ軸の小さい方から波長板に入射し、Ｚ軸の大きい方に通り抜けていくものとする。
また、Ｘ軸方向を入射させる光の偏光方向とする。
【００２０】
１．第１の実施の形態
図１は、第１の実施の形態に係る波長板１００の概略構成図を示す模式図であり、三角法に基づいて示してある。
図１Ａは、波長板１００を、その主面１００ａに平行な方向から見た上面図であり、図１Ｂは、第１の実施の形態に係る波長板１００を、その主面１００ａに垂直な方向から見た正面図である。
【００２１】
図１Ａに示すように、本実施の形態による波長板１００は、第１の水晶板１の主面と第２の水晶板２の主面とを重ね合わせた構成とされている。
また、図中矢印Ａ１は水晶板１の光学軸方向を示し、矢印Ａ２は、水晶板２の光学軸方向を示す。光学軸はＣ軸とも呼ばれる。なお、本発明において矢印の向きは、図１Ｂのように正面視において、矢じり側の光軸先端が手前側、すなわち観測者に近い側であることを示すものであり、本発明において、その他の図も以下同様とする。
【００２２】
また、本発明において、方位角とは、水晶板の主面に垂直な方向から見た時において、光学軸と入射光の偏光方向（Ｘ軸）とがなす角を指し、水晶板の厚み方向（Ｚ軸方向）における光軸の向きは問わないものとする。したがって、例えば図１Ｂにおける矢印Ａ１の矢じりの向きが、ＸＹ面内において１８０度反対を向いた場合であっても方位角は同じものとする。
【００２３】
図１Ａの矢印Ａ１，Ａ２示すように、波長板１００の主面１００ａに平行な方向、入射する光の偏光方向（Ｘ軸）に垂直な方向から見た上面視において、第１の水晶板１の光学軸及び第２の水晶板２の光学軸は、主面１００ａに対して傾斜している。すなわち、第１の水晶板１及び第２の水晶板２は結晶の光学軸を斜めに切断、いわゆるＺカットによって形成されており、一枚の水晶板で０次の１／２波長板として機能することが可能である。
また、この上面視において、第１の水晶板１の光学軸と第２の水晶板２の光学軸は互いにほぼ平行となっている。
【００２４】
また、図１Ｂに示すように、波長板１００を主面１００ａに垂直な方向から見た正面視において、第１の水晶板１の光学軸と第２の水晶板２の光学軸とがなす角は４５度となっている。なお、入射させる光の偏光方向とするＸ軸方向に対する第１の水晶板１の光学軸の方位角は６７．５度とし、同様に第２の水晶板２の光学軸の方位角は２２．５度とすることが好ましい。
【００２５】
このように、本実施の形態では、波長板１００の主面１００ａに平行な方向、入射する光の偏光方向（Ｘ軸）に垂直な方向から見た上面視において、第１の水晶板１の光学軸及び第２の水晶板２の光学軸は、ほぼ平行とされている。従来においては、例えば上述の特許文献１のように、波長板の面内方向における光学軸方向しか考慮されていなかった。
【００２６】
しかし、一枚の水晶板で０次の１／２波長板として機能させるために、水晶の光学軸を斜めに切断している場合には、水晶板の光学軸は３次元的に傾いている。したがって、図１Ｂに示した主面に垂直な方向から見た場合だけでなく、図１Ａのように、主面に平行な方向から見た場合における光学軸の方向も考慮する必要がある。
本発明では、波長板の主面に平行な方向から見た場合における光学軸の方向が互いに平行となるように、２枚の水晶板を構成することで、容易に広帯域化を図れることを見出したものである。
【００２７】
また、本実施の形態において、第１の水晶板１と第２の水晶板２は、同一の水晶板を用いることができる。すなわち、正面視において同一の２枚の水晶板の光学軸同士がなす角度が４５度となり、上面視において光学軸が互いに平行となるように、水晶板を主面の面内方向に回転させ、主面同士を重ね合わせることによって構成できる。
これにより、複数種の水晶板を製造する必要が無いため製造工程を簡易にでき、コストの低減を図ることが可能である。
【００２８】
この波長板１００に対して、Ｘ軸方向への偏光方向を有する光を入射させた場合についてシミュレーションを行った。また、比較例として、図２に示す波長板１１０に対しても同様にシミュレーションを行った。
図２Ｂは、波長板１１０の主面１１０ａに垂直な方向から波長板１１０を見た正面図であり、図２Ａは、主面１１０ａに平行かつ入射光に偏光方向に垂直な方向から波長板１１０を見た上面図である。
図２Ａに示すように、この波長板１１０は、第１の水晶板１ａと第２の水晶板２ａの主面同士を重ね合わせることによって構成されている。
【００２９】
また、図において矢印Ａ３は第１の水晶板１ａの光学軸方向、矢印Ａ４は第２の水晶板２ａの光学軸方向を示す。図２Ｂに示すように、波長板１１０の主面１１０ａに垂直な方向から見た正面視において、第１の水晶板１ａの光学軸及び第２の水晶板２ａの光学軸の方位角はそれぞれ６７．５度、２２．５度であり、図１に示した本実施の形態による波長板１００と同様である。
しかし、図２Ａに示すように、主面１１０ａに平行かつ入射光に垂直な上面視方向から見た場合には、第１の水晶板１ａの光学軸と第２の水晶板２ａの光学軸は交差する方向となっている。
【００３０】
また、シミュレーションでは、水晶板１，２及び水晶板１ａ，１ｂには、水晶の光学軸に対して２５度で切断した、２５度Ｚカットのウエハーを用いるものとした。また、入射角０度で入射する波長４８０ｎｍの光に対して位相差が１８０度となるように、ウエハーの厚さは約０．１５ｍｍとした。
すなわち、水晶板１，２，１ａ，２ａは同じ水晶板であり、光学軸の方位角が上述のようにそれぞれ６７．５度、２２．５度となるように、主面内方向に回転させて重ね合わせたものとした。
また、水晶は結晶であるので、液晶シミュレータを用いてシミュレーションを行った。
【００３１】
なお、１／２波長板としての性能を見るために、波長板の入射側及び出射側に偏光板を配置し、これらの偏光板が平行ニコルと直交ニコルの場合についてそれぞれ計算を行った。
入射側の偏光板を通った光の偏光方向が波長板１００，１１０のＸ軸方向と一致するようにそれぞれ偏光板を配置した。１／２波長板を通過した光は偏光方向が９０度回転するので、平行ニコルでは、波長板を通過した光が出射側に配置された偏光板によって遮られる。したがって、入射側に配置された偏光板を透過した後の光に対する、出射側に配置された偏光板を通過した後の光の透過率が低いほど、波長板の偏光変換効率が高いと言える。
【００３２】
また、直交ニコルでは、波長板を通過した光の偏光方向と、出射側に配置された偏光板の偏光軸方向は一致する。したがって、入射側に配置された偏光板を透過した後の光に対する、出射側に配置された偏光板を通過した後の光の透過率が高いほど、波長板の偏光変換効率が高いと言える。
【００３３】
また、シミュレーションでは、それぞれの波長板への光の入射角度を−３度、０度、＋３度とした３通りについて透過率を求めた。
なお、図３の矢印Ａ５に示すように、波長板１００の主面に対して垂直な光の入射角度を０度とする。また、矢印Ａ６に示すように、水晶板１００の主面に対してＸ軸の正側から負側へと傾斜する光線の入射角を正とし、矢印Ａ７に示すように、Ｘ軸の負側から正側へと傾斜する光線の入射角を負とする。
また、波長板１１０についても同様である。
【００３４】
図４に本実施の形態による波長板１００に対して上述のシミュレーションを行った結果を示す。図４Ａは平行ニコルにおける透過率であり、図４Ｂは直交ニコルにおける透過率である。
また、線ａ，ｂ，ｃは、波長板１００への光線の入射角度がそれぞれ０度，−３度，＋３度の場合である。
【００３５】
図４Ａに示すように、平行ニコルでは、入射角が−３度の光の透過率は入射角が０度の光の透過率とほぼ同等の低い値を示し、波長４２０ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域において、ともに高い変換効率が得られることがわかる。また、光の入射角が＋３度の場合には、長波長側にいくにつれて透過率が高くなっている。
また、図４Ｂに示すように、直交ニコルにおいても、入射角が−３度の光の透過率は入射角０度の光の透過率とほぼ同等の高い値を示し、波長４２０ｎｍ〜７００ｎｍの広帯域において、ともに高い変換効率が得られる。また、入射角が＋３度の光においては、長波長の光ほど、透過率が低下している。
【００３６】
一方、２枚の水晶板を、その主面に平行な方向から見て光学軸が交差するように重ねあわせることによって構成された波長板１１０のシミュレーション結果を図５に示す。
図５Ａは平行ニコルにおける透過率であり、図５Ｂは直交ニコルにおける透過率である。
また、線ａ，ｂ，ｃは、波長板１１０への光線の入射角度がそれぞれ０度，−３度，＋３度の場合である。
【００３７】
図５Ａに示すように、平行ニコルでは、入射角が０度の光の透過率は、本実施の形態による波長板１００とほぼ変わらない値を示している。ところが、入射角が−３度の光の透過率は、波長に関わらず全体的に高い値を示しており、本実施の形態の波長板１００では、この従来の波長板１１０に比べて、入射角がマイナス側の光の変換効率が改善されることを確認できる。
また、入射角が＋３度の光に対しては、短波長側で透過率が高くなっている。
【００３８】
また、図５Ｂに示すように、直交ニコルでは、入射角が０度の光の透過率は本実施の形態による波長板１００とほぼ変わらない値を示している。しかし、入射角が−３度の光の透過率は、最大でも８４％程度となっている。したがって、図４Ｂと比較すると、本実施の形態による波長板１００では、入射角がマイナス側の光の変換効率が改善されることを確認できる。
また一方、入射角が＋３度の光の透過率は、短波長側ほど低くなっている。
【００３９】
このように、従来の波長板１１０では、透過率の波長依存性や入射角依存性がともに存在していた。これに対して、本実施の形態による波長板１００では、図４Ａ，Ｂに示したように、入射角が−３度の光は、波長依存性の無い、入射角が０度入射の光と同等の透過率を示している。すなわち、本実施の形態による波長板１００では、入射角がマイナスの光に対して、入射角依存性及び波長依存性を低減した高い変換効率を実現可能であると言える。
【００４０】
特に、波長板を用いた光学系においては、その光学系におけるレンズ構成等により、光の入射角に対する光の強度分布に偏りが生じる場合がある。こうした場合には、本実施の形態による波長板１００を用い、強度の強い光が０度からマイナス側の入射角で入射するように、波長板を面内に回転して配置することで、さらに効率良く偏光変換を行うことが可能となる。
【００４１】
これらのシミュレーション結果に対して、実際に波長板を製造し、測定を行うことで検証を行った結果を、図６〜図１２を参照して以下に説明する。
まず、図６Ａ，Ｂに示すように、長方形の第１の水晶板１ｃ，及び第２の水晶板２ｃを切り出した。この水晶板１ｃ，２ｃは、同一の水晶板であり、シミュレーションと同様に光学軸を２５度Ｚカットし、入射角０度で入射する波長４８０ｎｍの光に対して位相差が１８０度となるように、厚さ約０．１５ｍｍとしたものである。
【００４２】
また、図６Ｂは、第１の水晶板１ｃ及び第２水晶板２ｃを、その主面に垂直な方向から見た正面図であり、図６Ａは、その主面に平行な方向から見た上面図である。
また、矢印Ａ８は、第１の水晶板１ｃの光学軸方向を示し、矢印Ａ９は、第２の水晶板２ｃの光学軸方向を示す。第１の水晶板１ｃ，第２の水晶板２ｃともに、入射光の偏光方向（Ｘ軸）に対する光学軸の方位角は、２２．５度となっている。
なお、第１の水晶板１ｃ及び第２の水晶板２ｃの主面には、水晶板の表裏を区別するために、溝３，４をそれぞれ設けた。
【００４３】
図７に、この第１の水晶板１ｃ及び第２の水晶板２ｃを重ね合わせ、本実施の形態による波長板１００を構成した模式図を示す。
図７Ｂは、波長板１００の主面（水晶板１ｃ，２ｃの主面）に垂直な方向から見た正面図であり、図７Ａは、主面に平行な方向から見た上面図である。
【００４４】
図７Ｂに示すように、第２の水晶板２ｃは、その主面内方向に９０度回転させている。また、ここで第２の水晶板２ｃの溝４は点線にて記載しており、これは、図中溝４が第２の水晶板２ｃの裏側に配置していることを示している。すなわち、図７Ｂでは、図６Ｂにて示した第２の水晶板２ｃの表裏を逆にし、図中左回りに９０度回転させたものであることを示している。
【００４５】
このように構成することで、第２の水晶板２ｃの光学軸の正面視における方位角は６７．５度となる。また、第１の水晶板１ｃの光学軸の正面視における方位角は、２２．５度である。また、図７Ａに示すように、主面に平行な方向から見た場合には、それぞれの光学軸は互いに平行となっている。
【００４６】
また、図８に、第１の水晶板１ｃ及び第２の水晶板２ｃを重ね合わせ、従来の波長板１１０（図２参照）を構成した模式図を示す。
図８Ｂは、波長板１１０の主面（水晶板１ｃ，２ｃの主面）に垂直な方向から見た正面図であり、図８Ａは、この主面に平行な方向から見た上面図である。
【００４７】
図８Ｂに示すように、第２の水晶板２ｃは、その主面内方向において、図中右周りに９０度回転させている。また、点線にて表記した溝４に示すように、図６Ｂにて示した第２の水晶板２ｃの表裏を逆にして配置されている。
このように構成すると、正面視における第２の水晶板２ｃの光学軸の方位角は６７．５度となるが、上面視における第２の水晶板２ｃの光学軸は、図８Ａに示すように、第１の水晶板１ｃの光学軸と交差する方向を向く。
【００４８】
図９に示すように、こうして構成した波長板１００，１１０をガラス白板５に固定し、分光光度計内に設置した。第１の水晶板１ｃ及び第２の水晶板２ｃは、メンディングテープ６によって簡易にガラス白板５に固定した。
また、波長板１００，１１０に対して、分光光度計の光源７から出射された光８が入射する側に偏光板１０を配置し、波長板１００，１１０を透過した光８が出射される側に検光子１１を配置した。
【００４９】
光源７から出射された光８は、偏光板１０を透過すると、スポット９に示すように、第１の水晶板１ｃと第２の水晶板２ｃとの交差部分に入射する。そしてこの交差部分を透過した光は検光子１１に入射し、検光子１１を透過した光が図示しない受光部によって検出される。
この検光子１１を、その入射面内方向に回転させ、平行ニコル及び直交ニコルにおける波長板１００，１１０の透過率をそれぞれ測定した。
【００５０】
図１０に、本実施の形態による波長板１００の透過率を実測した結果を示す。
図１０Ａは平行ニコルの場合であり、図１０Ｂは直交ニコルの場合である。また、線ａ，ｂ，ｃは、波長板１００への光の入射角がそれぞれ０度、−３度、＋３度の場合である。
第１の水晶板１ｃと第２の水晶板２ｃの重ね合わせがメンディングテープ６による簡易なものであったため、図１０Ａでは、シミュレーション結果の図４Ａと比べて、線ａ，ｂ，ｃともに透過率が大きくなっている。
しかし、光の入射角が０度、−３度の場合には透過率の波長依存性が小さいこと、光の入射角が＋３度の場合には透過率の波長依存性が大きく、長波長側ほど透過率が高くなるといった傾向は、シミュレーション結果と一致している。
【００５１】
また、直交ニコルにおける透過率である図１０Ｂにおいても、図４Ｂと比較して透過率が低くなっているものの、光の入射角が０度、−３度の場合には透過率の波長依存性が小さいこと、光の入射角が＋３度の場合には透過率の波長依存性が大きく、長波長側ほど透過率が低くなるといった傾向は、シミュレーション結果と一致している。
【００５２】
また、従来の構成である波長板１１０の透過率を実測した結果を図１１に示す。
図１１Ａは平行ニコルの場合であり、図１１Ｂは直交ニコルの場合である。また、線ａ，ｂ，ｃは、波長板１００への光の入射角がそれぞれ０度、−３度、＋３度の場合である。
図１２Ａでは、透過率が全体的に高くなっているものの、入射角が＋３度の光に対して、短波長側で透過率が高くなる等、その傾向は、図５Ａのシミュレーション結果とほぼ一致している。
また、直交ニコルの場合である図１１Ｂにおいても、透過率は全体的に低くなっているものの、入射角が＋３度の光に対して、短波長側で透過率が低くなる等、その傾向は、図５Ｂのシミュレーション結果とほぼ一致している。
【００５３】
一方、本実施の形態の波長板１００において、第１の水晶板１ｃと第２の水晶板２ｃとを実際に接着し、さらに表面に反射防止膜を形成したものを図９と同様にして透過率を測定した場合の結果を図１２に示す。なお、第１の水晶板１ｃと第２の水晶板の接着は、ＵＶ接着剤によって行った。
【００５４】
図１２Ａは、平行ニコルの場合の波長板１００の透過率であり、図１２Ｂは、直交ニコルの場合の波長板１００の透過率である。
図１２Ａによると、入射角が０度，−３度の光に対し全般的に透過率が低く、図４Ａのシミュレーション結果とほぼ同等の高い変換効率を達成できていることがわかる。また、入射角が＋３度の光に対して長波長側で透過率が高くなるという傾向もシミュレーション結果とよく一致する。
【００５５】
また、反射防止膜を設けたために、直交ニコルの場合の図１２Ｂでは透過率が全体的に１０％程度高くなっているが、入射角が０度，−３度の光に対して波長依存性がほとんど無く、透過率が高い。また、入射角が＋３度の光に対して長波長側で透過率が低くなるといった傾向は図４Ｂのシミュレーション結果とよく一致している。
【００５６】
このように、本実施の形態による波長板１００では、その主面に平行な方向から見た場合に、互いの光学軸が平行となるように２枚の水晶板を構成することで、入射角が０度よりもマイナス側の光に対する波長依存性を低減することができる。
例えば入射角が−３度方向に強い光が入射するように波長板１００をその主面の面内方向に回転させて配置すれば、図１２等に示した入射角が−３度、及び０度の光に対する特性が支配的となり、可視光領域全般で良好な偏光変換効率を得ることが可能である。
なお、ここでは波長が４２０ｎｍ〜７００ｎｍの領域においてデータを示したが、短波長側では少なくとも４００ｎｍまでは同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、同一のＺカットによる２枚の波長板を、主面の面内方向に回転させて重ね合わせるといった単純な構成であるため製造も容易であり、コストの低減も図ることが可能である。
上記特許文献１の手法では、その設計上の複雑さや、波長分散の抑制のために、一枚の水晶板の厚さが０．１ｍｍ程度とされる必要がある。この薄さは、一般的な製造方法によって製造可能な限界に近く、生産性に劣る。
しかし、本実施の形態による波長板１００では、上述のように、単板厚さが約０．１５ｍｍの水晶板であっても、十分に波長依存性を低減することが可能であり、生産性を向上させることができる。なお、本実施の形態における水晶板の単板厚さは、少なくとも０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲において、入射角が０度よりもマイナス側の光に対する波長依存性を低減することができる。
【００５８】
また、ここでは、光学軸に対して２５度でＺカットを行った水晶板を用いた例について挙げたが、この角度は例えば１５度〜３０度の範囲内で適宜設定してよい。
また、第１の水晶板の光学軸の方位角と第２の水晶板の光学軸の方位角の組み合わせが、他にも（２２．５度，６７．５度）、（１１２．５度，１５７．５度）、（１５７．５度，１１２．５度）の場合にも同様の効果を得ることができる。
【００５９】
２．第２の実施の形態（偏光変換素子の例）
ここでは、上述の波長板１００を用いて偏光変換素子を構成する例について説明する。図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る偏光変換素子２００の構成を示す概略構成図である。
【００６０】
本実施の形態による偏光変換素子２００は、入射した光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割手段２０と、偏光分割手段２０により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板２４と、を備える。
【００６１】
偏光分割手段２０は、例えば平行六面体形状の複数個のプリズム２１を貼り合わせることによって構成されている。プリズム２１同士の張り合わせ面には、例えばｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過するＰＢＳ面２２ａと、ＰＢＳ面２２ａによって反射されたｓ偏光を再び反射する反射面２２ｂとが交互に形成されている。
【００６２】
また、ＰＢＳ面２２ａを透過したＰ偏光が出射するプリズム２１の出射面には、波長板２４が配設されている。この波長板２４には、第１の実施の形態（図１）において示した波長板１００を用いることができる。なお、ここでは、Ｐ偏光の偏光方向が、図１における波長板１００のＸ軸方向と一致するように波長板１００を面内方向に回転させて配設される。
また、出射面に波長板２４の設けられたプリズム２１において、光の入射側の面には遮光板２３を設けてあってもよい。
【００６３】
矢印Ａ１０に示すように、本実施の形態における偏光変換素子２００に入射したｓ偏光は、プリズム２１のＰＢＳ面２２ａによって反射され、反射面２２ｂに入射する。そして再び反射面２２ｂによって反射され、ｓ偏光としてそのまま出射される。
一方、本実施の形態による偏光変換素子２００に入射したｐ偏光は、矢印Ａ１１に示すように、プリズム２１のＰＢＳ面２２ａを透過して波長板２４に入射する。そして、波長板２４に入射したｐ偏光は、X軸に対して４５度方位の仮想軸を基準に概ね１８０度位相差（λ／２）が発生した結果、軸対称に偏光変化し、ｓ偏光として出射される。
【００６４】
このように、本実施の形態による偏光変換素子２００では、ｐ偏光とｓ偏光の両方を含む光を、そのどちらか一方の偏光方向の光に変換される。
特にその波長板２４には、第１の実施の形態において示した波長板１００を用いるため、入射角がマイナス側の光に対して波長依存性を低減できる。したがって、波長板２４に対して入射角が０度からマイナス側、好ましくは−３度で入射するように偏光変換素子を配置することで、高い偏光変換効率を実現することが可能である。
【００６５】
また、この偏光変換素子２００を波長板２４側から見た概略正面図を図１４Ａに示す。
偏光変換素子２００は、Ｔ１とＴ２の２つの領域に分けられ、領域Ｔ１と領域Ｔ２にそれぞれ波長板２４が配設される。ただし、ここでは便宜上、領域Ｔ２に配設される波長板２４ａと領域Ｔ１に配設される波長板２４ｂとに分けて説明する。ただし、この波長板２４ａと２４ｂは、第１の実施の形態において示した波長板１００と同一のものであり、外形が長方形に加工されたものである。
【００６６】
領域Ｔ２では、図中座標方向において、図１４Ｂに示すように第１の実施の形態（図１）において示した波長板１００と同様の向きに波長板２４ａが配置されている。なお、矢印Ａ１２は、波長板２４ａを構成する第１の水晶板１の光学軸方向を示し、矢印Ａ１３は、波長板２４ａを構成する第２の水晶板２の光学軸方向を示している。
【００６７】
一方、領域Ｔ１における波長板２４ｂは、領域Ｔ２に配置された波長板２４ａを、その主面内方向（ＸＹ面内方向）に１８０度回転させた向きに配設されている。この時、波長板２４ｂを構成する第１の水晶板１と第２の水晶板２の光学軸は、それぞれ図１４Ｃに示す矢印Ａ１４，Ａ１５の向きとなっている。
したがって、領域Ｔ２における波長板２４ａは、入射角が０度よりマイナス側の光に対して変換効率が高く、領域Ｔ１の波長板２４ｂは、波長板２４ａを主面内方向に１８０度回転させたものであるので、入射角が０度よりプラス側の光に対して良好な変換効率を示すことになる。
【００６８】
一般的に、例えば光学系におけるレンズの偏心等の光学系の構成により、偏光変換素子へ入射する光の入射角度の分布が不均一になる。したがって、偏光変換素子へ入射する光の入射角度の分布は、その主面内において均一であるとは限らない。
しかし、本実施の形態のように、偏光変換素子２００内において波長板２４を配置する向きを適宜変えることにより、主面内における光の入射角度分布に応じた偏光変換を行うことができ、変換効率をより向上することができる。
【００６９】
なお、ここで示した波長板２４ａ，２４ｂの光学軸の方向の組み合わせ以外にも、波長板２４ａ，２４ｂをその主面（ＸＹ面）内方向に回転させる等により、同等の効果が得られる組み合わせが存在する。
図１５にこの組み合わせを例示する。なお、以下においては、第１の水晶板１の光学軸の向きを矢印Ａ１２によって示し、第２の水晶板２の光学軸の向きを矢印Ａ１３によって示す。この例では、主面に平行な方向から見た第１の水晶板１及び第２の水晶板２の光学軸は平行であり、いずれも同じであるが、主面に垂直な方向から見た際の光学軸の組み合わせが異なる。
【００７０】
図１５Ａは、図１４において示した組み合わせである。したがって、矢印Ａ１２に示す、第１の水晶板１の光学軸の方位角は６７．５度であり、矢印Ａ１３に示す第２の水晶板２の光学軸の方位角は２２．５度である。
また、波長板２４ｂは、波長板２４ａをその主面内方向に１８０度回転させたものである。既述のように、方位角において光学軸のＺ軸方向における向きは問わないものとしており、図中における矢じりの向きが１８０度反対を向く光学軸は同じ方位角としている。したがって、矢印Ａ１２に示す光学軸の方位角は同様に６２．５度であり、矢印Ａ１３に示す光学軸の方位角は２２．５度となる。
【００７１】
また、図１５Ｂに示すように、正面視における第１の水晶板１の光学軸の向きと第２の水晶板２の光学軸の向きを入れ替えた構成としてもよい。波長板２４ｃでは、第１の水晶板１の光学軸（矢印Ａ１２）の方位角が２２．５度であり、第２の水晶板２の光学軸（矢印Ａ１３）の方位角が６７．５度となっている。
また、波長板２４ｄは、この波長板２４ｃを主面内方向に１８０度回転したものであり、第１の水晶板１の光学軸（矢印Ａ１２）の方位角が２２．５度、第２の水晶板の光学軸（矢印Ａ１３）の方位角が６７．５度となっている。
【００７２】
また、図１５Ｃは、図１５Ａにおける波長板２４ａ，２４ｂを主面内方向（ＸＹ面内方向）に９０度回転した場合である。したがって、波長板２４ｅにおいては、第１の水晶板１の光学軸の方位角が、矢印Ａ１２に示す１５７．５度（−２２．５度）となり、第２の水晶板２の光学軸の方位角が、矢印Ａ１３に示す１１２．５度（−６７．５度）となる。
【００７３】
また、波長板２４ｆは、波長板２４ｅを、その主面内方向に１８０度回転させたものである。したがって、第１の水晶板１の光学軸（矢印Ａ１２）の方位角、第２の水晶板２の光学軸（矢印Ａ１３）の方位角は同様に１５７．５度、１１２．５度である。
【００７４】
図１５Ｄは、図１５Ｂにおける波長板２４ｅ，２４ｆを主面内方向に９０度回転した場合である。波長板２４ｇの第１の水晶板１の光学軸（矢印Ａ１２）の方位角は１１２．５度（−６７．５度）であり、第２の水晶板２の光学軸（矢印Ａ１３）の方位角は１５７．５．５度（−２２．５度）である。
また、波長板２４ｈは波長板２４ｇをその主面内に１８０度回転したものである。したがって、第１の水晶板１の光学軸（矢印Ａ１２）の方位角も同様に１１２．５度であり、第２の水晶板２の光学軸（矢印Ａ１３）の方位角は１５７．５．５度である。
【００７５】
また、図１５Ｅは、図１５Ａにおける波長板２４ａと、図１５Ｂにおける波長板２４ｄとの組み合わせである。
また、図１５Ｆは、図１５Ｂにおける波長板２４ｃと、図１５Ａにおける波長板２４ｂとの組み合わせである。
また、図１５Ｇは、図１５Ｃにおける波長板２４ｅと、図１５Ｄにおける波長板２４ｈとの組み合わせである。
また、図１５Ｈは、図１５Ｄにおける波長板２４ｇと、図１５Ｃにおける波長板２４ｆとの組み合わせである。
【００７６】
すなわち、波長板２４ａと同等の波長板として、他に波長板２４ｃ，２４ｅ，２４ｇがあり、波長板２４ｂと同等の波長板として、他に波長板２４ｄ，２４ｆ，２４ｈが存在する。したがって、ここでは８通りの組み合わせを示したが、全部で４×４＝１６通りの組み合わせが存在する。
【００７７】
３．第３の実施の形態（照明光学系の例）
次に、本発明による波長板１００を用い、例えばプロジェクタ等の画像表示装置等に適用可能な照明光学系を構成する例について、図１６を参照して以下に説明する。
図１６は、第３の実施の形態に係る照明光学系３００の構成を示す概略構成図である。本実施の形態による照明光学系３００は、光を出射する光源３０と、光源３０から出射された光の輝度ムラを低減するインテグレータ素子３５と、インテグレータ素子３５を透過した光の偏光方向を揃える偏光変換素子３６を含む。
【００７８】
光源３０には、例えば超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源３０から出射された光は、リフレクタ３１によって反射され、リフレクタの光出射口を覆う防爆ガラス３２を透って出射される。防爆ガラス３２は光源３０を損傷等から保護するために設けられている。
【００７９】
防爆ガラス３２を透過した光は、インテグレータ素子３５により、図中ＸＹ面内における輝度分布のムラが低減される。本実施の形態においてインテグレータ素子３５は、第１のフライアレイレンズ３３と、第２のフライアレイレンズ３４とによって構成されている。
また、光源３０とインテグレータ素子３５との間に紫外線カットフィルタ等を配設してもよい。
【００８０】
インテグレータ素子３５を透過した光は、偏光変換素子３６によってその偏光方向が一方向に揃えられた光に変換され、照明光学系３００より出射される。
この偏光変換素子３６には、第２の実施の形態において示した偏光変換素子２００を用いることができる。
【００８１】
ただし、この偏光変換素子３６では、例えば第２のフライアレイレンズを構成する個々のレンズ３４ａ〜３４ｄに対応して、波長板３７ａ〜３７ｄが配設されている。
レンズ３４ａ，３４ｂからの光に対しては、第１の実施の形態（図１）において示した波長板１００と同じ波長板３７ａ，３７ｂが、第２の実施の形態（図１４）において示した波長板２４ａと同じ座標軸方向にそれぞれ配設されている。
また、レンズ３４ｃ，３４ｄからの光に対しては、この波長板３７ａ，３７ｂを主面内方向（ＸＹ面内方向）に１８０度回転した波長板３７ｃ，３７ｄがそれぞれ配設されている。すなわち、波長板３７ｃ，３７ｄは、図１４において示した波長板２４ｂに相当するものである。
【００８２】
光源３０から出射された光は、インテグレータ素子３５を介したとしても輝度分布は完全には均一にはならず、例えば図１６中の光線Ｌ１〜Ｌ４に示すような、外側から内側に向かう光の強度がその他の光よりも大きくなることがある。
【００８３】
すなわち、波長板３７ａ，３７ｂに入射する光は、入射角度が０度からマイナス側となる光線Ｌ１，Ｌ２の強度が大きいことになる。したがって、波長板３７ａ，３７ｂを構成する水晶板の光学軸が、第２の実施の形態（図１４）において示した波長板２４ａと同じ向きとなるように配置することで、光線Ｌ１，Ｌ２を優先的に偏光変換することができ、変換効率を向上させることができる。
【００８４】
また、波長板３７ｃ，３７ｄに入射する光は、入射角度が０度からプラス側となる光線Ｌ３，Ｌ４の強度が大きい。したがって、波長板３７ａ（３７ｂ）をその主面方向に１８０度回転し、その光学軸が、第２の実施の形態（図１４）において示した波長板２４ｂと同じ向きとなるように配置することで、光線Ｌ３，Ｌ４が優先的に偏光変換され、変換効率を向上できる。
【００８５】
このように、本実施の形態では、強度の大きい光の入射角度に対応して波長板３７ａ〜３７ｄを配置することにより、偏光の変換効率を向上させることが可能である。このため、照明の輝度を高めることができる。
【００８６】
４．第４の実施の形態（画像表示装置の例）
また、上述の照明光学系を用い、例えばプロジェクタ等の画像表示装置を構成することにより、より明るい鮮明な画像が表示される。図１７は、第４の実施の形態に係る画像表示装置４００の構成を示す概略構成図である。
【００８７】
本実施の形態による画像表示装置４００は、偏光を出射する照明光学系４０と、照明光学系が出射された光を分光する分光光学系５０と、分光光学系５０によって分光された光をそれぞれ変調する液晶パネル６３，６８，７３を備える。
また、液晶パネル６３，６８，７３によって変調されたそれぞれの光を合成する光合成手段８０と、光合成手段８０により合成された光を投射する投射レンズ９０を備える。
【００８８】
照明光学系４０には、第３の実施の形態（図１６）において示した照明光学系３００を用いることができる。超高圧水銀ランプ等の光源から出射された白色光は、リフレクタ４２によって反射され、防爆ガラス４３を透過して出射される。なお、本実施の形態では、照明光学系４０内にＵＶカットフィルタ４４を配設しており、防爆ガラス４３を透過した光から紫外線が除去される。
【００８９】
ＵＶカットフィルタ４４を透過した光は、第１のフライアレイレンズ４５及び第２のフライアレイレンズ４６によって輝度ムラが低減され、偏光変換素子４７に入射する。偏光変換素子４７には、第２の実施の形態（図１３）において示した偏光変換素子２００が用いられ、入射した光を例えばＳ偏光に変換する。そしてこのＳ偏光が照明光学系４０から出射される。
【００９０】
照明光学系４０から出射された光は、例えばコンデンサーレンズ４８によってコリメートされ、分光光学系５０に入射する。
分光光学系５０は、例えば照明光学系４０からの白色光のうち青色光を透過し、赤色光及び緑色光を反射するダイクロイックミラー４９と、ダイクロイックミラー４９によって反射された光の光路上に配置され、緑色を反射し、赤色光を透過するダイクロイックミラー５３を含んで構成される。
【００９１】
分光光学系５０に入射した光は、例えばまずダイクロイックミラー４９に入射する。ダイクロイックミラー４９は、青色光を透過せさ、赤色光及び緑色光を反射させる。
ダイクロイックミラー４９を透過した青色光は、ＵＶ吸収フィルタ５１を透過することにより紫外線がカットされる。ＵＶ吸収フィルタ５１を透過した青色光は、ミラー５２によって反射されるとともに、進路を変え、コンデンサーレンズ６１に入射する。
【００９２】
コンデンサーレンズ６１によって集光された青色光は、入射側偏光板６２によって直線偏光に偏光方向が揃えられ、液晶パネル６３に入射する。液晶パネル６３の後段には、検光子として出射側偏光板６４が配設されており、液晶パネル６３を透過した光のうち、所定の偏光方向の光のみを透過させる。
【００９３】
入射側偏光板６２と出射側偏光板６４との偏光面は例えば一致するように配設される。また液晶パネル６３には、例えばツイストネマチック型のものを用いることができる。この場合、例えば液晶パネル６３の各画素には、画像情報に応じた青色光用の信号電圧が印加され、この電圧に応じて、各画素を透過する青色光の偏光方向が回転される。画素毎に偏光方向の異なったこの青色光を出射側偏光板６４に透すことにより、画像情報に対応した強弱を有する青色光が得られる。
【００９４】
出射側偏光板６４を透過した青色光は、例えば合成プリズム８０の入射面に設けられた１／２波長フィルムを透過することによって偏光方向が９０度回転された後、合成プリズム８０に入射する。
【００９５】
また、ダイクロイックミラー４９によって反射された赤色光及び緑色光は、ダイクロイックミラー５３に入射する。ダイクロイックミラー５３は緑色光を反射し、赤色光を透過する。
ダイクロイックミラー５３によって反射された緑色光は、コンデンサーレンズ６６に入射する。
【００９６】
コンデンサーレンズ６６によって集光された緑色光は、入射側偏光板６７によって直線偏光となり、液晶パネル６８に入射する。液晶パネル６８は、画像情報に応じて、各画素を透過する緑色光の偏光方向を回転させる。液晶パネル６８を透過した緑色光が出射側偏光板６９を透過することによって、画像情報に応じた強度分布を有する緑色像光となり、合成プリズム８０に入射する。
【００９７】
一方、ダイクロイックミラー５３を透過した赤色光は、集光レンズ５４を透過するとミラー５５によって反射される。
ミラー５５によって反射された赤色光の光路上には、バンドパスフィルタ等の波長選択フィルタ５６が配設され、有効な赤色光のみを後段に透過させる。
【００９８】
波長選択フィルタ５７を透過した赤色光は、集光レンズ５７を透過した後、ミラー５８によって反射されて進路を変える。
また、この赤色光は緑色光や青色光に比べてその光路が長いため拡散しやすく、集光レンズ５４、５７により赤色光を収束させている。
【００９９】
ミラー５８によって反射された赤色光は、コンデンサーレンズ７１によって集光された後、入射側偏光板７２に入射する。入射側偏光板７２を透過することにより赤色光は直線偏光となり、液晶パネル７３に入射する。
液晶パネル７３では、画像情報に基づいた電圧信号が各画素に印加される。また、透過する赤色光の偏光方向はその電気信号に応じて回転される。液晶パネル７３を透過した赤色光は出射側偏光板７４に入射し、画像情報に応じた強度分布を有する赤色像光となる。
【０１００】
出射側偏光板７４を透過した赤色光は、例えば合成プリズム３１の入射面に設けられた１／２波長フィルム７５によって偏光方向が９０度回転された後、合成プリズム９０に入射する。
【０１０１】
合成プリズム９０は、ｐ偏光である緑色光を透過し、ｓ偏光である青色光及び赤色光を反射することによって、赤色光と緑色光と青色光とを同一光路上に合成する。そして合成プリズムから出射された合成光は、投射レンズ９０によって、例えばスクリーンに拡大投射される。
【０１０２】
このように、本実施の形態による画像表示装置４００では、第３の実施の形態（図１６）において示した照明光学系を用いている。この照明光学系４０は、光源４１からの光の偏光変換効率が高いため、低消費電力で輝度の高い光を出射することができる。したがって、本実施の形態による画像表示装置４００は、より明るく鮮明な画像を低コストで提供することが可能である。
【０１０３】
以上、本発明による波長板、偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置の実施の形態について説明した。本発明は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、考えられる種々の形態を含むものである。
【０１０４】
１，１ａ，１ｃ，２ａ，２ｃ・・・水晶板、３，４・・・溝、５・・・ガラス白板、６・・・テープ、７，３０，４１・・・光源、８・・・光線、９・・・スポット、１０，６２，６４，６７，６９，７２，７４・・・偏光板、１１・・・検光子、２０・・・偏光分割手段、２１・・・プリズム、２２ａ・・・ＰＢＳ面、２２ｂ・・・反射面、２３・・・遮光板、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，１００・・・波長板、３１，４２・・・リフレクタ、３２，４３・・・防爆ガラス、３３，３４，４５，４６・・・フライアレイレンズ、３５・・・インテグレータ素子、４４・・・ＵＶカットフィルタ、１００ａ，１１０ａ・・・主面、３６，４７，２００・・・偏光変換素子、４８，５４，５７，６１，６６，７１・・・レンズ、４９，５３・・・ダイクロイックミラー、５０・・・分光光学系、５１・・・ＵＶ吸収フィルタ、５２，５５，５８・・・ミラー、５６・・・波長選択フィルタ、６３，６８，７３・・・液晶パネル、６５，７５・・・１／２波長フィルム、８０・・・合成プリズム、９０・・・投射レンズ、３００・・・照明光学系、４００・・・画像表示装置
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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