(57)【要約】【課題】透過型液晶パネルへの照明光の利用効率を高めた偏光変換素子及びこれを用いた光学機器の提供。【解決手段】偏光変換素子は、入射光を偏光方向が互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離する偏光分離部と、少なくとも前記第１の偏光の偏光方向を変換する第１の偏光方向変換部と、少なくとも前記第２の偏光の偏光方向を変換する第２の偏光方向変換部とを備え、前記第１の偏光及び前記第２の偏光の偏光方向を一致させるとともに、前記偏光分離部で分離された前記第１の偏光及び前記第２の偏光の何れかの偏光方向に対して、出射光の偏光方向を所定の角度だけ回転させた角度で出射させる偏光方向制御部とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2016139050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を偏光方向が互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離する偏光分離部と、
少なくとも前記第１の偏光の偏光方向を変換する第１の偏光方向変換部と、少なくとも前記第２の偏光の偏光方向を変換する第２の偏光方向変換部とを備え、前記第１の偏光及び前記第２の偏光の偏光方向を一致させるとともに、前記偏光分離部で分離された前記第１の偏光及び前記第２の偏光の何れかの偏光方向に対して、出射光の偏光方向を所定の角度だけ回転させた角度で出射させる偏光方向制御部と
を備える偏光変換素子。
【請求項２】
前記偏光方向制御部材は、前記第１の偏光及び前記第２の偏光の何れかの偏光方向に対して、前記出射光の偏光方向を４５°回転させた角度で出射させるように構成される請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記第１の偏光方向変換部には、前記第１の偏光のみを入射させ、前記第２の偏光方向変換部には、前記第１の偏光変換部を透過した前記第１の偏光、及び、前記第２の偏光を入射させるように構成された請求項１又は２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記第１の偏光方向変換部には、前記第１の偏光のみを入射させ、前記第２の偏光方向変換部には、前記第２の偏光のみを入射させるように構成された請求項１又は２に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記第１の偏光方向変換部及び前記第２の偏光方向変換部は、１／２波長板により構成されており、前記偏光方向制御部は、前記第１の偏光方向変換部及び前記第２の偏光方向変換部を結合した板状部材であることを特徴とする請求項４に記載の偏光変換素子。
【請求項６】
透過型液晶パネルと
光源からの入射光を受けて、前記透過型液晶パネルに出射させる請求項１から５の何れか一項に記載の偏光変換素子と
を備え、
前記偏光変換素子は、前記光源からの光を受けて前記透過型液晶パネルの透過軸と同方向に偏光した光として出射させる光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子及びこれを用いた光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型液晶パネルに照明光を照射して、透過した光をスクリーン等に投影表示する光学機器として、例えば、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等が知られている。図７は、そのような装置に現在一般的に用いられる照明光学系の一例を示している。これによれば、一列に配列された白色ＬＥＤ等の複数の白色光源１０１から射出される光を、それぞれ、対応するレンズ１０２で平行光束又はビーム径が拡大する光束にして、これを拡散板１０３で拡散させてムラのない均一性の高い光として、透過型液晶パネル１０４に照射する。照明光の照射により透過型液晶パネル１０４に入射し、これを透過した光が、スクリーン等に映像として投影される。しかし、透過型液晶パネル１０４では、透過軸に沿う方向の直線偏光成分の光のみを透過し、これに直交する偏光成分は透過させない。このため、照明光の偏光方向が全ての方向に均一に分布した無偏光の場合は、最大でも約半分の光しか透過させない。このため、照明光の利用効率が下がり投影される画像が暗くなる。なお、図の両矢印は、偏光の方向を示している。
【０００３】
そこで、光源からの光を偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離して、旋光素子（１／２波長板）により一方の直線偏光の偏光方向を９０°回転させた後に、他方の直線偏光と一つの光束に合成して、液晶パネルに入射させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、合成された光束の偏光方向は液晶表示パネルの透過軸と平行にすることにより、光源からの光の利用効率を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−４３４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように入射光を直交する２つの偏光に分離して、１／２波長板により一方の偏光方向に揃えるために偏光変換素子を用いることができる。図８および図９を用いて、偏光変換素子を含む光学系の例を説明する。図８は、本発明者らの検討に基づく偏光変換素子を用いた透過型液晶パネルの照明光学系の一例の概略構成を示す図である。また、図９は、図８の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。偏光変換素子１０５は、透明な基材内に偏光分離膜１０６と反射膜１０７とを有する偏光分離部材１０８と、偏光分離部材１０８の出射面上に選択的に配置された１／２波長板１０９とにより構成される。光源１１０から射出される照明光Ｌ１０１は、レンズ１０２で略平行光束となり、偏光分離部材１０８に入射する。偏光分離部材１０８に入射した照明光は、Ｐ偏光が偏光分離膜１０６を透過し、Ｓ偏光が偏光分離膜１０６で反射される。偏光分離膜１０６を透過したＰ偏光の照明光Ｌ１０２は、偏光分離部材１０８の出射面に接合された１／２波長板１０９に入射する。これに対して、偏光分離膜１０６で反射されたＳ偏光の照明光Ｌ１０３は、偏光分離部材１０８内の反射膜１０７により更に反射され、出射面の１／２波長板１０９が配置されていない領域から出射される。１／２波長板１０９に入射したＰ偏光の照明光Ｌ１０２は、偏光方向を９０°回転され、１／２波長板１０９を透過しない領域から出射されるＳ偏光と偏光方向が揃えられる。これによって、一方向に偏光方向が揃えられた照明光Ｌ１０２，Ｌ１０３を、拡散板１０３で光度が均一となるように拡散させて、透過型液晶パネル１０４に照射することができる。
【０００６】
ところで、透過型液晶パネルは、ＨＵＤなどの車載表示装置等種々の屋外で使用される光学機器に採用されている。自動車用、航空機の機内用等の表示装置では、外光の強い環境下で使用された場合に使用者が偏光サングラスをかけていた場合にも、視認性を低下させないことが必要とされている。偏光サングラスの透過軸は、通常の装着状態において鉛直方向に設定されており、この透過軸と液晶表示パネルの透過軸とが直交すると、液晶表示パネルの画像が偏光サングラスに遮られてしまい、画像が暗くなるか見えなくなってしまう。このため、矩形のパネルの外形形状の縦及び横方向に対して、液晶の透過軸が４５°又は１３５°等の角度で傾けられている場合が多い。
【０００７】
しかし、上述のような従来技術による偏光変換素子では、透過型液晶パネルの透過軸が傾いていることを考慮されていない。このため、偏光変換素子から出射する照明光の偏光方向と、透過型液晶パネルの透過軸の方向とが一致せず、光利用効率が低下することが懸念される。引用文献１の従来技術による光学系の構成においても、液晶表示パネルの透過軸を液晶表示パネルの矩形の外形の横方向に一致するものとしているので、同様の課題を有する。
【０００８】
そこで、仮に、透過型液晶パネルの透過軸と射出される照明光の偏光方向とを一致させるために、光源、レンズ及び偏光変換素子全体を照明光の進行方向を軸として４５°又は１３５°回転させると、装置全体の収まりが悪くなるうえ、透過型液晶パネル全体を照明しようとすると、偏光変換素子が大型化するうえ一部の照明光が透過型液晶パネル外に照射され無駄となる。
【０００９】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、透過型液晶パネルへの照明光の利用効率を高めた偏光変換素子及びこれを用いた光学機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞  入射光を偏光方向が互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離する偏光分離部と、
少なくとも前記第１の偏光の偏光方向を変換する第１の偏光方向変換部と、少なくとも前記第２の偏光の偏光方向を変換する第２の偏光方向変換部とを備え、前記第１の偏光及び前記第２の偏光の偏光方向を一致させるとともに、前記偏光分離部で分離された前記第１の偏光及び前記第２の偏光の何れかの偏光方向に対して、出射光の偏光方向を所定の角度だけ回転させた角度で出射させる偏光方向制御部と
を備えることを特徴とする偏光変換素子である。
【００１１】
＜２＞  前記偏光方向制御部材は、前記第１の偏光及び前記第２の偏光の何れかの偏光方向に対して、前記出射光の偏光方向を４５°回転させた角度で出射させるように構成される＜１＞に記載の偏光変換素子である。
【００１２】
＜３＞  前記第１の偏光方向変換部には、前記第１の偏光のみを入射させ、前記第２の偏光方向変換部には、前記第１の偏光変換部を透過した前記第１の偏光、及び、前記第２の偏光を入射させるように構成された＜１＞又は＜２＞に記載の偏光変換素子である。
【００１３】
＜４＞  前記第１の偏光方向変換部には、前記第１の偏光のみを入射させ、前記第２の偏光方向変換部には、前記第２の偏光のみを入射させるように構成された＜１＞又は＜２＞に記載の偏光変換素子である。
【００１４】
＜５＞  前記第１の偏光方向変換部及び前記第２の偏光方向変換部は、１／２波長板により構成されており、前記偏光方向制御部は、前記第１の偏光方向変換部及び前記第２の偏光方向変換部を結合した板状部材であることを特徴とする＜４＞に記載の偏光変換素子である。
【００１５】
＜６＞  透過型液晶パネルと
光源からの入射光を受けて、前記透過型液晶パネルに出射させる＜１＞から＜５＞の何れかに記載の偏光変換素子と
を備え、
前記偏光変換素子は、前記光源からの光を受けて前記透過型液晶パネルの透過軸と同方向に偏光した光として出射させる光学機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、透過型液晶パネルへの照明光の利用効率を高めた偏光変換素子及びこれを用いた光学機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、第１実施の形態に係る本発明の偏光変換素子及びこれを用いた透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の光学系をｙ方向から見た断面の模式図である。
【図３】図３は、図１の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。
【図４】図４は、第２実施の形態に係る本発明の偏光変換素子及びこれを用いた透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４の光学系をｙ方向から見た断面の模式図である。
【図６】図６は、図４の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。
【図７】図７は、従来技術における透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す斜視図である。
【図８】図８は、従来技術における偏光変換素子を用いた透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す図である。
【図９】図９は、図８の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（偏光変換素子）
本発明の偏光変換素子は、上述の通り、少なくとも偏光分離部と、偏光方向制御部とを備え、さらに必要に応じて、その他の構成要素を備える。
【００１９】
＜偏光分離部＞
前記偏光分離部は、入射光を互いに直交する第１の偏光と第２の偏光とに分離するものであり、例えば、偏光分離膜が内部に形成されたプリズムを備え、さらに、必要に応じてプリズム内に形成された反射膜を含む。偏光分離膜は、例えば、蒸着等により形成された誘電体多層膜である。反射膜としては、アルミなどの金属を蒸着した膜を用いることができる。
【００２０】
＜偏光方向制御部＞
前記偏光方向制御部は、少なくとも第１の偏光方向変換部と第２の偏光方向変換部とを備え、さらに、必要に応じてその他の構成を含む。前記第１および第２の偏光方向変換部は、例えば、それぞれ１／２波長板を備える。１／２波長板の光学軸の向きは、偏光分離部から出射した光の偏光方向を揃え且つ所定の角度傾けるために、偏光方向で分離された第１の偏光又は第２の偏光の偏光方向に対して、それぞれ所定の角度傾けられている。第１の偏光方向変換部と第２の偏光方向変換部とは、一枚の板状部材として構成しても良く、さらに、偏光分離部と結合することにより、偏光変換素子を一体に形成した単一部材で構成することができる。
【００２１】
（光学機器）
本発明の光学機器は、上述の通り、少なくとも透過型液晶パネルと、上述の偏光変換素子とを備え、更に必要に応じて、その他の構成要素を備える。例えば、光学機器は、白色光を出射する光源、光源からの照明光を平行光束とするレンズ、照明光を均一化する拡散板等を含むことができる。光学機器としては、例えば、自動車のＨＵＤやプロジェクタが含まれる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る本発明の偏光変換素子及びこれを用いた透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す斜視図である。この照明光学系は、光源部１１と、偏光変換素子１２と、拡散板１３とを備える。図１および以下の図２〜図６において、光源部１１、偏光変換素子１２、拡散板１３、透過型液晶パネル１４等の各素子は、図示しない保持機構により保持され、相互の位置関係は固定されている。図１中に示される矢印は、偏光の方向を示している。偏光変換素子１２は、光源部１１から射出された無偏光の照明光を、透過型液晶パネル１４の矩形の外形形状の縦方向又は横方向に対して、４５°（所定の角度）だけ傾けた一方向に偏光した照明光として照射するものである。偏光変換素子１２は、偏光変換部材１５と１／２波長板１６（第２の偏光方向変換部）とを含んで構成されている。透過型液晶パネル１４は、例えば、車載用のＨＵＤに用いられるものであり、透過軸が液晶パネルの外形の横方向に対して４５°傾けられている。
【００２４】
以下に、図２及び図３を参照して、図１の照明光学系の詳細を説明する。図２は、図１の光学系をｙ方向から見た断面の模式図である。また、図３は、図１の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。なお、図１から図３において、光源部１１から射出されて透過型液晶パネル１４へ向かう照明光に沿う方向をｚ方向とし、ｚ方向に直交し且つ互いに直交する２方向であって、透過型液晶パネル１４の外形の横方向に沿う方向をｘ方向、縦方向に沿う方向をｙ方向とする。
【００２５】
光源部１１は、白色ＬＥＤなどの複数の光源１７と、各光源１７に対応して設けられたレンズ１８とを含んで構成される。各光源１７は、透過型液晶パネル１４の横長のパネルに対応して、一方向に並んで配列される。レンズ１８は、対応する光源１７から射出された拡散する照明光を、略平行な光束に変換する。白色ＬＥＤによる光源部１１から射出される照明光Ｌ１は、光の進行方向に直交するｘｙ面内で様々な方向に振動する無偏光状態である。
【００２６】
偏光変換素子１２の偏光変換部材１５は、偏光分離部１９と１／２波長板２０（第１の偏光変換部）とから構成される。ここで、１／２波長板２０は１／２波長板１６とともに、偏光方向制御部２１を構成するものである。
【００２７】
偏光分離部１９は、ガラスなどの透明な基材により形成され、何れもｘ方向に長く延びる、第１のプリズム２２、第２のプリズム２３、第３のプリズム２４、第４のプリズム２５及び第５のプリズム２６を接合して構成される。
【００２８】
第１のプリズム２２は、ｙｚ断面が略直角二等辺三角形の形状を有する三角プリズムである。第１のプリズム２２は断面の略直角を形成する頂点を光源１７方向に向け、この略直角を挟む２面は、ｚ方向に対して約４５°を成すように配置されている。更に、この直角を挟む２面は、表面に偏光分離膜である第１の偏光ビームスプリッタ膜２７及び第２の偏光ビームスプリッタ膜２８が形成されている。偏光分離膜は、例えば、蒸着等により形成された誘電体多層膜である。第１の偏光ビームスプリッタ膜２７及び第２の偏光ビームスプリッタ膜２８は、入射する光のＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる。Ｐ偏光とＳ偏光とは互いに直交する。照明光Ｌ１のうち偏光ビームスプリッタ膜２８を透過した照明光Ｌ２を第１の偏光、反射された照明光Ｌ３を第２の偏光と呼ぶ。
【００２９】
第２のプリズム２３及び第３のプリズム２４は、ｙｚ断面が平行四辺形の形状を有し、それぞれ、一面が第１のプリズム２２の第１の偏光ビームスプリッタ膜２７、第２の偏光ビームスプリッタ膜２８を有する面と接合されている。
【００３０】
第４のプリズム２５及び第５のプリズム２６は、ｙｚ断面が略直角二等辺三角形の形状を有する三角プリズムであり、その略直角と対向する斜面には、それぞれアルミなどの金属を蒸着した第１の反射膜２９及び第２の反射膜３０が形成されている。第４のプリズム２５及び第５のプリズム２６は、それぞれ、第２のプリズム２３及び第３のプリズム２４に対して、第１の反射膜２９及び第２の反射膜３０が形成された面を、第１のビームスプリッタ膜２７及び第２のビームスプリッタ膜２８に対向させるように結合されている。
【００３１】
このようにして、偏光分離部１９は、内部にそれぞれｚ方向及びｘｙ平面に対して、約４５°傾けて向かい合う第１のビームスプリッタ膜２７及び第１の反射膜２９、並びに、第２のビームスプリッタ膜２８及び第２の反射膜３０が形成された部材として形成される。以下において、適宜偏光分離部１９の光源部１１側の面を「入射面」、透過型液晶パネル１４側の面を「出射面」と呼ぶ。
【００３２】
１／２波長板２０は、偏光分離部１９の出射面上に選択的に設けられる。より具体的には、１／２波長板２０は、Ｐ偏光が射出される第１のプリズム２２上の出射面上に配置される。すなわち１／２波長板には、Ｐ偏光とＳ偏光とのうちＰ偏光のみが入射される。この場合、１／２波長板２０は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換して、Ｓ偏光に偏光方向を一致させる。
【００３３】
１／２波長板１６は、１／２波長板２０が選択的に接合された偏光分離部１９の出射面全体に対向して配置される。この１／２波長板１６は、ｘｙ面内で光学軸を傾けることによって、直線偏光の偏光方向を所定の角度傾けるように配置される。具体的には、１／２波長板１６に対して電場が図３のｘ方向に振動するＳ偏光の照明光が入射する。この照明光をＳ偏光の偏光方向であるｘ方向に対して４５°回転させた角度に傾ける場合は、１／２波長板２０の光学軸をｘ方向に対して２２．５°傾ければ良い。
【００３４】
拡散板１３は、照明光を拡散させ均一な光として射出する板状の部材であり、例えば、光拡散性を有する微粒子を透明樹脂に添加して形成される。透過型液晶パネル１４は、背面からの照明を受けて表示を行う液晶パネルである。透過型液晶パネル１４は、表示部が矩形状の外形を有しており、例えば図１〜図３において、ｘ方向が表示部の横方向、ｙ方向が表示部の縦方向となっている。透過型液晶パネル１４の透過軸は、ｘ方向に対して約４５°傾いている。
【００３５】
以上のような構成によって、図３に示すように、複数の光源１７から出射した無偏光の白色光は、レンズ１８によって、平行光束の照明光Ｌ１（入射光）となり、偏光変換部材１５の偏光分離部１９の入射面に入射する。第２のプリズム２３側に入射した照明光Ｌ１を例にとると、照明光Ｌ１は、第１の偏光ビームスプリッタ膜２７に入射し、この第１の偏光ビームスプリッタ膜２７を透過するＰ偏光の照明光Ｌ２（第１の偏光）と、第１の偏光ビームスプリッタ膜２７で反射されるＳ偏光の照明光Ｌ３（第２の偏光）に分離される。
【００３６】
照明光Ｌ２は、第１のプリズム２２を透過して１／２波長板２０を通り、Ｓ偏光に変換される。また照明光Ｌ３は、第２のプリズム２３内を進み、第１の反射膜２９で透過型液晶パネル１４の方向に反射され、偏光分離部１９から出射する。このため、偏光変換部材１５から出射した照明光Ｌ２，Ｌ３の偏光方向は、Ｓ偏光、（即ち、電場の振動方向がｘ方向の直線偏光）に揃えられている。更に、偏光変換部材１５から出射した照明光Ｌ２，Ｌ３は、１／２波長板１６により偏光方向を、透過型液晶パネル１４の透過軸と同方向であるｘ方向に対して、４５°回転された出射光として出射される。すなわち、１／２波長板２０には、照明光Ｌ２光のみが入射し、１／２波長板１６には１／２波長板２０を透過した照明光Ｌ２、及び、照明光Ｌ３の双方が入射して、偏光方向をＳ偏光に対して４５°だけ回転させた角度で出射させる。さらに、照明光Ｌ２，Ｌ３は、拡散板１３で拡散され均一な光となって、透過型液晶パネル１４を照明する。
【００３７】
上記は、光源部１１から第２のプリズム２３側に入射した照明光について説明したが、第３のプリズム２４側に入射した照明光についても同様に、透過型液晶パネル１４の透過軸と同方向の均一な光となって、透過型液晶パネル１４を照明する。よって、透過型液晶パネル１４には、全面に渡り透過軸と同方向の均一な光が照射される。これによって、透過型液晶パネル１４を効率良く透過した光が、利用者に対して映像として投影される。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、偏光分離部１９により照明光Ｌ１をＰ偏光の照明光Ｌ２とＳ偏光の照明光Ｌ３とに分離し、１／２波長板２０により照明光Ｌ２の偏光方向を照明光Ｌ３の偏光方向に一致させ、更に、１／２波長板１６により照明光Ｌ２及び照明光Ｌ３の偏光方向を、透過型液晶パネル１４の透過軸の方向と一致するように４５°だけ回転させて出射させるので、透過型液晶パネル１４に導かれた光の利用効率が高く、同じ光源１７から出力される光量に対してより明るい画像を得ることが可能になる。
【００３９】
（実施例）
表１は、本発明と異なる光学系による照明光を用いた場合と、第１実施の形態に係る偏光変換素子１２とを用いた場合の、透過型液晶パネル１４からの出射光の照度を測定により比較したものである。比較例１は、光源部１１と透過型液晶パネル１４との間に偏光変換素子を配置しない構成である。比較例２は、光源部１１と透過型液晶パネル１４との間に、偏光変換部材１５のみを配置した構成である。実施例は、本実施の形態による偏光変換素子１２を用いた構成である。「効率」は、比較例１による照度を１００％とした場合の照度を％により示している。本実施の形態による偏光変換素子１２を用いることによって、照明光の利用効率が大幅に改善されることが確認された。
【００４０】
【表１】
2016139050.tif 000003
【００４１】
（第２実施の形態）
図４は、第２実施の形態に係る本発明の偏光変換素子及びこれを用いた透過型液晶パネルの照明光学系の概略構成を示す斜視図である。この照明光学系において、光源部１１、拡散板１３、透過型液晶パネル１４は、第１実施の形態と同様の構成要素である。偏光変換素子４１は、本実施の形態では偏光分離部１９と偏光方向制御部４２が一体化された部材として構成されている。
【００４２】
以下に、図５及び図６を参照して、図４の照明光学系の詳細を説明する。図５は、図４の光学系をｙ方向から見た断面の模式図である。また、図６は、図４の光学系をｘ方向から見た断面の模式図である。なお、図４〜６において、ｘ，ｙ，ｚの各方向は、第１実施の形態と同様の方向を示す。また、第１実施の形態と同一または対応する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態の偏光変換素子４１は、第１実施の形態の偏光変換素子１２において、１／２波長板１６及び１／２波長板２０に代えて、１／２波長板４３（第１の偏光方向変換部）及び２枚の１／２波長板４４（第２の偏光方向変換部）から構成される偏光方向制御部４２を有する。ここで、１／２波長板４３と１／２波長板４４とは、面内方向（ｙ方向に）互いに結合され、偏光方向制御部４２は、一枚の板状部材として形成される。更に、偏光方向制御部４２は、偏光分離部１９の出射面と法線方向（ｚ方向）に結合されている。
【００４４】
１／２波長板４３は、光学軸を傾けることによって、Ｐ偏光の偏光方向を所定の角度傾けるように配置される。具体的には、１／２波長板４３に対して電場が図６のｙ方向に振動するＰ偏光の照明光が入射し、この照明光を透過型液晶パネル１４の透過軸に合わせるためには、Ｐ偏光を１３５°回転させるように、１／２波長板４３の光学軸をｘｙ面内で傾けて配置する。また、１／２波長板４４は、光学軸を傾けることによって、Ｓ偏光の偏光方向を所定の角度傾けるように配置される。具体的には、１／２波長板４４に対して電場が図６のｘ方向に振動するＳ偏光の照明光が入射し、この照明光を透過型液晶パネル１４の透過軸に合わせるためには、Ｓ偏光を４５°回転させるように、１／２波長板４３の光学軸をｘ方向に対してｘｙ面内で傾けて配置する。
【００４５】
その他の構成は、第１実施の形態と同様である。
【００４６】
以上のような構成によって、図６に示すように、光源１７から出射した白色光は、レンズ１８によって、平行光束の照明光となり、偏光変換素子４１の偏光分離部１９の入射面に入射する。第２のプリズム２３側から入射した照明光Ｌ１を例にとると、照明光Ｌ１は、第１実施の形態と同様に、第１の偏光ビームスプリッタ膜２７に入射し、この第１の偏光ビームスプリッタ膜２７を透過するＰ偏光の照明光Ｌ２（第１の偏光）と、第１の偏光ビームスプリッタ膜２７で反射されるＳ偏光の照明光Ｌ３（第２の偏光）に分離される。照明光Ｌ２は、第１のプリズム２２を透過して１／２波長板４３を通り、ｘ方向に対して４５°回転した直線偏光として出射される。また照明光Ｌ３は、第２のプリズム２３内を進み、第１の反射膜２９で透過型液晶パネル１４の方向に反射され、１／２波長板４４を通り、ｘ方向に対して４５°回転した直線偏光として出射される。これにより、偏光変換素子４１から出射した照明光Ｌ２，Ｌ３は、偏光方向が透過型液晶パネル１４の透過軸と同方向である、ｘ方向に対して４５°回転した方向の直線偏光として出射される。すなわち、１／２波長板４３には、照明光Ｌ２光のみが入射し、１／２波長板４４には照明光Ｌ３のみが入射して、偏光方向をＳ偏光に対して４５°だけ回転させた角度で出射させる。これによって、透過型液晶パネル１４を効率良く透過した光が、利用者に対して映像として投影される。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、偏光方向制御部４２の１／２波長板４３には、Ｐ偏光である第１の照明光Ｌ２のみを入射させ、１／２波長板４４にはＳ偏光である第２の照明光Ｌ３のみを入射させ、出射する照明光Ｌ２及び照明光Ｌ３の偏光方向をｘ方向に対して４５°を成す角度で成すように構成したので、第１実施の形態と同様の効果が得られる。また、偏光方向制御部４２を一体として形成したので、第１の実施の形態のように２つの１／２波長板を、照明光の進行方向に重ねて配置する構成と比較して、１／２波長板を２回通ることによる光量の減少が無く、部材の数が減ることでコストを抑えることができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。たとえば、偏光方向変換部としては、１／２波長板を用いたが、偏光方向変換部としては偏光方向を変更するものであれば１／２波長板に限られない。例えば、ネマチック液晶等の旋光性有する材料を用いた旋光子、高分子材料を用いた波長板、水晶などの複屈折を有する光学結晶を用いた波長板などを用いることも可能である。
【００４９】
また、偏光分離部で分離された互いに直交する偏光のうち、Ｐ偏光を第１の偏光、Ｓ偏光を第２の偏光としたが、Ｓ偏光を第１の偏光としＰ偏光を第２の偏光とすることもできる。更に、１／２波長板の配置及び偏光方向の回転角は、種々の設定が可能である。例えば、第１実施の形態では、１／２波長板２０を第１のプリズム２２の出射面上に配置したが、１／２波長板２０は、Ｓ偏光が射出される第２のプリズム２３及び第３のプリズム２４上の出射面に配置しても良く、その場合、１／２波長板２０はＳ偏光をＰ偏光に変換することによって、Ｐ偏光に対して偏光方向を一致させるようにすることができる。また、１／２波長板１６の光学軸は、Ｐ偏光の偏光方向を透過型液晶パネル１４の透過軸に一致させるように設定される。
【００５０】
さらに、第１実施の形態および第２実施の形態で示した、偏光変換部材の各プリズムの形状、配置やそれによる偏光ビームスプリッタ膜および反射膜の向きは例示である。例えば、偏光ビームスプリッタ膜および反射膜が、偏光変換部材の入射面と成す角度は、４５°に限られない。さらに、照明光学系中には、照明光束を拡大させるための更なるレンズ等の光学素子を配置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の偏光変換素子及び光学機器は、光学機器の透過型液晶パネルにおける光の利用効率を高める偏光変換素子及び光学機器として、好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１１    光源部
１２    偏光変換素子
１３    拡散板
１４    透過型液晶パネル
１５    偏光変換部材
１６    １／２波長板（第２の偏光方向変換部）
１７    光源
１８    レンズ
１９    偏光分離部
２０    １／２波長板（第１の偏光方向変換部）
２１    偏光方向制御部
２２    第１のプリズム
２３    第２のプリズム
２４    第３のプリズム
２５    第４のプリズム
２６    第５のプリズム
２７    第１の偏光ビームスプリッタ膜
２８    第２の偏光ビームスプリッタ膜
２９    第１の反射膜
３０    第２の反射膜
４１    偏光変換素子
４２    偏光方向制御部
４３    １／２波長板（第１の偏光方向変換部）
４４    １／２波長板（第２の偏光方向変換部）
Ｌ１    照明光
Ｌ２    照明光（第１の偏光）
Ｌ３    照明光（第２の偏光）
【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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