(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一に照明する照明光学システムにおいて、
前記波長変換素子は偏光ビームスプリッタと反射板と２分の１波長板を１セットとして、該１セットをアレイ状に配置し、前記２分の１波長板をｎ段（ｎ=２,３,４,…）で構成し、
前記第１レンズアレイのピッチをＰとしたとき、
前記２分の１波長板の幅を略ｎＰ／２に、ピッチを略nＰに、また該２分の１波長板の前段と後段との配置を略０．５Ｐだけずらして構成したことを特徴とする照明光学システム。
【請求項２】
少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一に照明する照明光学システムにおいて、
前記波長変換素子は斜面に偏光ビームスプリッタ膜を施した三角プリズムと反射板と２分の１波長板による波長板アレイからなり、前記２分の１波長板をｎ段（ｎ=２,３,…）で構成し、
前記第１レンズアレイのピッチをＰとしたとき、前記２分の１波長板の幅を略ｎＰ／２に、ピッチを略nＰに、また該２分に１波長板の前段と後段との配置を略０．５Ｐだけずらして構成したことを特徴とする照明光学システム。
【請求項３】
少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一に照明する照明光学システムにおいて、
前記波長変換素子は偏光ビームスプリッタと反射板と２分の１波長板を１セットとして、該１セットをアレイ状に配置し、前記２分の１波長板を前段と後段の２段で構成し、
前記第１レンズアレイのピッチをＰとしたとき、
前記２分の１波長板の幅を略１．５Ｐに、ピッチを略２Ｐに、また該２分の１波長板の前段と後段との配置を略Ｐだけずらして構成したことを特徴とする照明光学システム。
【請求項４】
少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一に照明する照明光学システムにおいて、
前記波長変換素子は斜面に偏光ビームスプリッタ膜を施した三角プリズムと反射板と２分の１波長板による波長板アレイからなり、
前記２分の１波長板を前段と後段の２段で構成し、
前記第１レンズアレイのピッチをＰとしたとき、
前記２分の１波長板の幅を略１．５Ｐに、ピッチを略２Ｐに、また該２分の１波長板の前段と後段との配置を略Ｐだけずらして構成したことを特徴とする照明光学システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の照明光学システムにおいて、
前記ｎ段で構成された２分の１波長板の各々の光学軸または遅相軸は、順次９０°ずらして配置したことを特徴とする照明光学システム。
【請求項６】
少なくとも、ランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２アレイとを有する、あるいはさらにコンデンサレンズを有する照明光学システムと、画像形成手段としてのライトバルブと、前記ライトバルブをスクリーンに投影するための投射レンズとで構成される投写装置において、前記照明光学システムに請求項１から請求項５までのいずれかに記載の照明光学システムを用いたことを特徴とする投写装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の偏光で被照射部を均一に照明する照明光学装置、および液晶プロジェクタなどに代表される投写装置に適用される照明光学システムと、それを用いた投写装置に関し、特に照明光学系のレンズアレイを小さくすることができ、全体を小型化でき、設計の自由度を高くできる照明光学システムとそれを用いた投写装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、ＷＯ９７／５００１２号公報に記載の「偏光変換素子、偏光照明装置、および、これを用いた表示装置並びに投写型表示装置」（以下、従来技術１）がある。この偏光照明装置は、入射光束を集光し互いに空間的に分離された複数の中間光束を形成するための第１の光学素子と、中間光束をｐ偏光光束とｓ偏光光束とに空間的に分離した後、両方の光束を揃えて１箇所の照明領域に導く機能を有する第２の光学素子とから構成されている。第２の光学素子には、偏光分離ユニットアレイの反射面に対応する部分へ直接光が入射することを防止する遮光板が配置されることで、中間光束を２つの偏光光束に分離する性能を高めているため、偏光光束の揃った１種類の偏光光束に高い効率で変換できる。
【０００３】
また、特開平９−１４６０６４号公報に記載の「液晶プロジェクター」（以下、従来技術２）は、偏光変換光学系およびオプティカルインテグレータを用いても、コンパクトで簡単な構成で光の利用効率の高い照明光学システムを提供するものである。
【０００４】
図９、図１０は、いずれも従来の照明光学システムの構成例を示す図であって、図９は上記公報に記載された従来技術１の光学システムであり、図１０は上記公報に記載された従来技術２の光学システムである。
主に液晶プロジェクタなどに使われる照明光学系には、光源の光利用効率を高くするために、偏光変換素子が用いられている。偏光変換素子のなかでも、フライアイインテグレータの光学系に偏光変換素子を使うタイプがある（図９、図１０参照）。
【０００５】
図９の場合には、第１フライアイレンズ１０からの光を偏光ビームスプリッタ２０でｐ偏光成分を透過させ、ｓ偏光成分を反射させる。ｐ偏光は偏光状態を保ったまま第２フライアイレンズ５０に入射される。一方、ｓ偏光は反射板３０で偏向され、２分の１波長板で偏光方向をｐ偏光に変換されて第２フライアイレンズ５０に入射される。この場合、ランダム偏光をｐ偏光に変換することになるが、２分の１波長板を偏光ビームスプリッタ透過光（ｐ偏光）に配置して、ｓ偏光に揃えてもよい。
【０００６】
次に、図１０の構成では、偏光ビームスプリッタ２１の干渉膜で反射されたｓ偏光成分の経路と、透過したｐ偏光が反射板３１を通過することによる経路の違いによって、一方の偏光成分のみが２分の１波長板を経て他方の偏光に揃うようにしている。図１０では、ｐ偏光に変換している。
いずれの従来技術でも、各々の構造上、２分の１波長板の幅は第１フライアイレンズのピッチＰのほぼ０．５倍にカットして、ピッチＰでアレイ状に配置される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の技術では、複数に分割された２分の１波長板をアレイ状に配置して、ｐ偏光またはｓ偏光に揃える手段として利用している。
ところで、２分の１波長板をアレイ状に設置する際に、そのピッチを短くするには限界がある。波長板カットの精度や、波長板を偏光ビームスプリッタもしくはレンズ等に接着するときの設置誤差が問題にならない程度が最小ピッチである。現状では３mmピッチがほぼ限界である。
そこで、２分の１波長板のピッチを短くすることができれば、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができるので、照明光学系の設計の自由度が高まる。
【０００８】
そこで、本発明の第１の目的は、このような従来の課題を解決し、偏光変換素子の小型化によって照明光学系全体の小型化を図ることが可能な照明光学システムとそれを用いた投写装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、偏光変換素子の小型化によって照明光学系全体の小型化を図り、かつ、偏光変換の効率を高めることができる照明光学システムとそれを用いた投写装置を提供することにある。
また、本発明の第３の目的は、偏光変換素子の小型化によって照明光学系全体の小型化を図り、かつ、２段構成の波長板の取り付け信頼性を高めることができる照明光学システムとそれを用いた投写装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の照明光学システムは、偏光ビームスプリッタと反射板と２分の１波長板を１セットとし、該セットをアレイ状に配置した偏光変換素子を有する照明光学システムにおいて、２分の１波長板が多段構成であって、(A)偏光ビームスプリッタに対応して２分の１波長板を偶数枚または０枚で構成し、かつ、反射板に対応して２分の１波長板を奇数枚で構成するか、または、(B)偏光ビームスプリッタに対応して２分の１波長板を奇数枚で構成し、かつ、反射板に対応して２分の１波長板を偶数枚または０枚で構成することを特徴としている。
【００１０】
また、偏光ビームスプリッタと、反射板と、２分の１波長板アレイで構成される偏光変換素子を有する照明光学系において、２分の１波長板が多段構成であって、(A)偏光ビームスプリッタに対応して２分の１波長板を偶数枚または０枚で構成し、かつ、反射板に対応して２分の１波長板を奇数枚で構成するか、または、(B)偏光ビームスプリッタに対応して２分の１波長板を奇数枚で構成し、かつ、反射板に対応して２分の１波長板を偶数枚または０枚で構成することを特徴としている。
【００１１】
また、少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一照明する照明光学システムにおいて、前記波長変換素子は偏光ビームスプリッタと反射板と２分の１波長板を１セットとして、該セットをアレイ状に配置し、前記２分の１波長板をｎ段（ｎ=２,３,４,…）で構成し、第１レンズアレイピッチをＰとすると、２分の１波長板の幅を略ｎＰ／２に、ピッチは略ｎＰ、２分の１波長板は前段と後段との配置は略０．５Ｐだけずらしたことを特徴としている。
【００１２】
また、少なくともランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２レンズによって被照射部に均一照明する照明光学システムにおいて、前記波長変換素子は斜面に偏光ビームスプリッタ膜を施した三角プリズムと反射板と２分の１波長板アレイからなり、第１レンズアレイのピッチをＰとしたとき、２分の１波長板はｎ段（ｎ=２,３,…）で構成され、２分の１波長板の幅を略ｎＰ／２に、ピッチはの略ｎＰ、２分に１波長板の前段と後段との配置は略０．５Ｐだけずらしたことを特徴としている。
【００１３】
また、ｎ段からなる２分の１波長板の各々の光学軸（または遅相軸）は、順次９０°ずらして配置したことを特徴としている。
【００１４】
また、前段と後段の２段からなる２分の１波長板アレイで、各々の波長板の幅は略１．５Ｐで、ピッチは略２Ｐで、前段と後段は略Ｐだけずれて配置されたことを特徴としている。
【００１５】
また、少なくとも、ランプと第１レンズアレイと波長変換素子と第２アレイからなるか、さらにコンデンサレンズを加えた要素からなる照明光学系と画像形成手段としてのライトバルブと前記ライトバルブをスクリーンに投影するための投射レンズで構成される投写装置において、前記照明光学系として上記各照明光学システムのいずれか１つを用いたことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１を示す照明光学システムの断面構造図である。第１レンズアレイ１０からの各光束を偏光ビームスプリッタ２０でｐ偏光成分は透過させ、ｓ偏光成分は反射させる。ｓ偏光は反射板３０で進行方向が偏向され、第２レンズアレイ５０に向かう。２分の１波長板４１a,４１bは２段で構成される。２分の１波長板の幅（図面の上下方向の長さ）は第１レンズアレイ１０のピッチＰと同じにする。レンズアレイのピッチは、スクリーンに写されるアスペクト比に対応しているため、水平方向、鉛直方向で異なることが多い。２分の１波長板のピッチは２Ｐとする。
【００１７】
図１について、さらに詳細に説明する。
前段の波長板４１aと後段の波長板４１bとは偏光ビームスプリッタ一つの幅、すなわち、第１レンズアレイの２分の１ピッチ（０．５Ｐ）だけずらす。ずらす方向は偏光ビームスプリッタと反射板のアレイに沿ってどちらでも構わない。２分の１波長板４１a,４１bの光軸（遅相軸）はｐ偏光（s偏光）の振動面に対してほぼ４５°傾ける。
第１レンズアレイ１０からの光線６０aは、偏光ビームスプリッタ２０によってp偏光６０bとs偏光６０cに分けられる。p偏光６０bは偏光ビームスプリッタ２０を透過し、第２レンズアレイ５０に向かう。
【００１８】
一方、s偏光６０cは反射板３０で偏向され２分の１波長板４１bで振動方向が９０°変換されて、p偏光６０dとなって第２レンズアレイ５０に向かう。同じように、光線６１aは、偏光ビームスプリッタ２０でｐ偏光と、s偏光に分かれる。s偏光は反射板３０で偏向され、前段の２分の１波長板４１aでp偏光に変換されて第２レンズアレイ５０に向かう。一方、偏光ビームスプリッタ２０を透過するp偏光は前段の２分の１波長板４１aでs偏光に変換され、さらに後段の２分の１波長板４１bでp偏光に再び変換される。その他の光線についても同様にして、p偏光に変換される。
本実施例では、２分の１波長板を２段にすることによって、波長板の設置ピッチを２倍にすることができる。したがって、波長板アレイを微細なピッチにすることができる。
【００１９】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２を示す照明光学システムの構造を示す斜視図である。
本実施例は、図２に示すように、第１レンズアレイ１０の後に三角プリズムの斜面にp偏光／s偏光を分離する膜を施した偏光ビームスプリッタ２１と、反射板３１と、２段構成の２分の１波長板４１a,４１bと、第２レンズアレイ５０で構成される。ランプやコンデンサレンズ、被照射部は図では省略している。
２分の１波長板は前段４１a、後段４１bともに、幅（図の上下方向の長さ）は第１レンズアレイ１０のピッチとほぼ同じＰとする。また、設置ピッチは２Ｐとし、前段と後段のずれは０．５Ｐとする。波長板の光学軸（もしくは遅相軸）はp偏光（またはs偏光の）振動方向に対して約４５°傾ける。第２アレイの設置ピッチは０．５Ｐである。ただし、紙面に鉛直な方向では第１レンズアレイ１０、第２レンズアレイ５０のピッチ、アレイ数は同じである。
【００２０】
第１レンズアレイ１０からの光線６２aについて説明する。光線６２aは偏光ビームスプリッタ２１でp偏光成分６２bが透過し、s偏光成分６２cが反射する。p偏光の光６２bは反射板３１で反射され、この反射板３１の厚みのために６２cの光線とは経路が異なる。s偏光の光６２cは前段の２分の１波長板４１aでp偏光６２eに変換される。p偏光の光６２bは前段と後段の２分の１波長板４１a,４１bで振動方向がpからs、sからpへと変換され、p偏光の状態６２dで第２レンズアレイ５０に入射される。
光線６３aの場合、偏光ビームスプリッタ２１でs偏光（６３c）とp偏光（６３b）に分離され、s偏光の光６３cは後段の２分の１波長板４１bでp偏光に変換される。p偏光の光６３bは２分の１波長板の無い領域を通過する。この様にして、いずれの光線もp偏光に統一され、第２レンズアレイ５０に入射される。
【００２１】
図２の構成では偏光状態をp偏光に統一するが、偏光ビームスプリッタ２１で反射されるs偏光の光は波長板を０枚か２枚にして、p偏光の光は１枚の波長板を通過するように２段構成の２分の１波長板アレイを設置すれば、s偏光に統一できる。
本構成にすることによって、偏光変換の特性を変えることなく２分の１波長板アレイの設置ピッチを従来の２倍にすることができる。これは現状の波長板アレイピッチとすれば、レンズアレイピッチを０．５倍にできる。このため、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができるので、照明光学系の設計の自由度が高まめられる効果がある。
【００２２】
（実施例３）
図３は、本発明の第３の実施例を示す照明光学システムの構造斜視図である。
図３に示すように、偏光ビームスプリッタ（２０a,２０b,…）と反射板（３０a,３０b,…）のアレイのあとに、２分の１波長板を多段構成する。図３では、ランプ光源や第１レンズアレイ、第２レンズアレイを省略している。また、偏光ビームスプリッタ２０ａ，２０ｂと反射板３０ａ，３０ｂは４セットをアレイ状に配置しているが、このアレイ数は本発明に直接影響を及ぼさないので、第１レンズアレイなどに対応させたアレイ数であればいくつでも構わない。さらに、図３では２分の１波長板４３ａ，４３ｂを２段で構成しているが、これは説明用であって、２段以上であれば何段でも構わない。
【００２３】
図３について、さらに詳細に説明する。
２分の１波長板４３ａ，４３ｂの光軸（もしくは遅相軸）はp偏光（またはs偏光）の振動方向にたいして４５°傾ける。さらに、隣り合う段の波長板の光学軸は直交させる。すなわち、図３に示すように、前段の波長板４３ａの光学軸８１が−４５°方向であれば、後段の波長板４３ｂの光学軸８２は＋４５°にする。
偏光ビームスプリッタ２０bを透過したp偏光は前段の２分の１波長板４３aでs偏光に変換され、後段の２分の１波長板４３ｂでさらに偏光状態が変わりp偏光に戻される。波長板は複屈折材料を使って入射される光に位相差を与え、特に２分の１波長板４３ａ，４３ｂは偏光軸を変換させるために使用される光学部品である。しかし、ランプのような白色光の全波長域にわたりλ／２の位相差を与えることは困難である。特に、２分の１波長板を複数段光学軸を平行にして重ねた場合、１枚ごとの位相差のずれが複数段にわたりずれると、全波長域をp偏光に統一させることが難しくなる。
【００２４】
ところが、本構成のように前段と後段の光学軸を直交させれば、光線８２（p偏光）は前段の２分の１波長板４３aで偏光方向が＋９０°変わり、後段の２分の１波長板４３bで−９０°変換され、もとのp偏光となる。仮に、ある波長の位相差がλ／２より小さい値であったとしても、前段と後段の波長板による位相差は差し引き０になる。２分の１波長板が２段より大きい場合であっても、奇数段目の波長板の位相差を次の偶数段目の波長板で０にするため、全波長域に対して、位相差のずれる量は１段構成の波長板アレイと全く同じになる。また、波長板の複屈折効果の温度依存性をキャンセルすることができるため、ランプの熱による偏光変換の効率は、偶数枚の波長板を重ねたところは信頼性が高くなる。
【００２５】
（実施例４）
図４は、本発明の実施例４を示す照明光学システムの断面構造図である。
図４は、図１の構造に対してさらに変化を加えたものである。前段４２aと後段４２bの２分の１波長板はどちらも、幅を第１レンズアレイ１０のピッチのほぼ１．５倍、ピッチをほぼ２倍にする。前段と後段の波長板４２ａ，４２ｂは第１レンズアレイ１０のピッチの１．０倍の長さだけずらして配置する。したがって、図４のように偏光ビームスプリッタ２０の後には２分の１波長板が２枚、反射板３０の後には２分の１波長板が１枚設置されたことになる。
偏光ビームスプリッタ２０を透過したp偏光は２分の１波長板を２枚通過することによって、偏光方向はもとのp偏光方向に戻り、第２レンズアレイ５０に入射される。
【００２６】
一方、偏光ビームスプリッタ２０で反射されたs偏光の光は反射板３０で偏向され、２分の１波長板１枚によってp偏光に変換される。この様にして、偏光状態はp偏光に統一される。
（図示しないが）偏光ビームスプリッタ２０の後に２分の１波長板を１枚、反射板の後には２分の１波長板を２枚、配置させれば、偏光状態をs偏光に統一させることができる。
いずれの場合にも、２分の１波長板を２段構成にすることによって設置ピッチを従来の２倍にすることができる。また、本構成では２段目の波長板の両端が１段目の波長板に重なる構造になる。このため、機械的強度を保つことができ、取り付けの信頼性を高くすることができる。
【００２７】
（実施例５）
図５は、本発明の実施例５を示す照明光学システムの断面構造図である。
図５は、図２の構造にさらに変化を加えたものである。図５に示すように、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ５０との間に偏光ビームスプリッタ２１と反射板３１と前段、後段からなる２分の１波長板アレイ４３a,４３bが配置される。第１レンズアレイ１０のピッチをＰとしたとき、波長板アレイは前段、後段ともに幅（図では上下方向の長さ）が第１レンズアレイピッチの１．５倍、設置ピッチは２Ｐ、前段と後段のずれはＰとなるように配置する。
【００２８】
第１レンズアレイ１０からの光（ランダム偏光）はs偏光成分が偏光ビームスプリッタ２１で反射され、前段もしくは後段の２分の１波長板４３ａを１枚通過し、p偏光に変換される。一方、偏光ビームスプリッタ２１を透過するp偏光成分は反射板３１で偏向され、再度偏光ビームスプリッタ２１を透過し、前段と後段の波長板４３ａ，４３ｂの両方を通過する。このとき、p偏光の振動方向はpからs偏光、sからp偏光に変換され、p偏光の状態で第２レンズアレイ５０に入射する。従って、全ての光線がp偏光に統一される。図５の構成ではp偏光に統一されるが、２段の波長板アレイの設置位置を変えて、s偏光の光には波長板２枚を、p偏光の光には波長板１枚を通過させるようにすれば、s偏光に統一させることも可能である（図は省略）。
【００２９】
図５の構成の照明光学システムとそれを用いた投写装置を総括すると、いずれの場合にも、２分の１波長板を２段構成にすることによって、偏光変換の特性を変えることなく、設置ピッチを従来の２倍にすることができる。また、本構成では２段目の波長板の両端が１段目の波長板に重なる構造になる。このため、機械的強度を保つことができ、取り付けの信頼性を高くすることができる。
【００３０】
（実施例６）
図６は、本発明の実施例６を示す照明光学システムの断面構造図である。
図６は、図１、図４の構成にさらに変化を加えたものであって、２分の１波長板アレイ４２が３段からなる実施例を示す。
第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ５０の間に偏光ビームスプリッタ２０と反射板３０のアレイを配置し、n段（図ではn=3）の２分の１波長板アレイ４２a,４２b,４２cを配置する。第１レンズアレイ１０のピッチをＰとすると、各波長板の幅（図では上下方向の長さ）はnＰ／２（図ではn＝３より１．５Ｐ）で、各段の配列ピッチはnＰ（図では３Ｐ）とする。隣り合う段の波長板のずれは０．５Ｐとする。全ての波長板の光学軸（遅相軸）はp偏光（またはs偏光）振動方向に対して４５°傾けて配置される。
【００３１】
図６の実施例の動作について、さらに詳細に説明する。
第１レンズアレイ１０からの光線６４a（ランダム偏光）は、偏光ビームスプリッタ２０でp偏光成分は透過し（６４b）、s偏光成分は反射する（６４c）。s偏光は反射板３０で偏向され、１段目の２分の１波長板４２ａをへてp偏光となる（６４e）。一方、偏光ビームスプリッタを透過したp偏光の光６４bは２枚の波長板４２ａ，４２ｂを通過するため、p偏光の状態になる（６４d）。
【００３２】
次に、光線６５a（ランダム偏光）は偏光ビームスプリッタ２０で透過したp偏光（６５b）が２段目と３段目の２枚の波長板４２ｂ，４２ｃを通過するため、p偏光状態で第２レンズアレイ５０に入射される。s偏光の光６５cは反射板３０で偏向され、３枚の波長板４２ａ，４２ｂ，４２ｃによってp偏光の状態で第２レンズアレイ５０に向かう。
さらに、光線６６aは偏光ビームスプリッタ２０を透過したp偏光の光６６bは波長板なしにp偏光を維持して第２レンズアレイ５０に行き、s偏光の光６６cは反射板３０で偏向されて３段目の波長板４２ｃをへてp偏光の状態で第２レンズアレイ５０に向かう。その他の光線についても、同様にして全てp偏光に変換されることになる。
偏光変換してp偏光に統一する場合には、本実施例のように反射板３０のあとには２分の１波長板４２を奇数枚配置し、偏光ビームスプリッタ２０のあとには偶数枚配置させればよい。逆に、偏光変換してs偏光に統一する場合には、反射板３０のあとには２分の１波長板４２を偶数枚配置し、偏光ビームスプリッタ２０のあとには奇数枚配置させればよい。
【００３３】
２分の１波長板をn段のアレイ状にすることによって、設置ピッチを第１レンズアレイ１０のピッチのn倍することができる。２分の１波長板アレイ４２の各段を現状のピッチにすれば、第１レンズアレイピッチを従来の１／n倍にできることになる。したがって、本構成の偏光変換によって、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができるので、照明光学系の設計の自由度が高まる。
【００３４】
（実施例７）
図７は、本発明の実施例７を示す照明光学システムの断面構造図である。
図７は、図２および図５の構成にさらに変化を加えたものである。図７に示すように、第１レンズアレイ１０と第２レンズアレイ５０の間に三角プリズム形状の偏光ビームスプリッタ２０と、反射板３０と、２分の１波長板アレイ４２がn段（図ではn＝３）配置される。波長板アレイ４２の各波長板の幅（図では上下方向の長さ）はnＰ／２（図ではn＝３より、１．５Ｐ）、配置ピッチは nＰ（図では３Ｐ）隣り合う段とのずれはＰ／２である。波長板の光学軸（または遅相軸）は偏光ビームスプリッタ２０にたいするp偏光（もしくはs偏光）の振動方向から約４５°傾ける。
【００３５】
図７について、さらに詳細に説明する。
第１レンズアレイ１０からの光線６７aは偏光ビームスプリッタ２０でs偏光成分が反射され（６７c）、p偏光成分が透過（６７b）して反射板３０で偏向される。s偏光の光６７cは１段目の２分の１波長板４２ａを通過するため、p偏光６７eに変換されて第２アレイ５０に入射される。p偏光の光６７bは反射板３０の厚みのために光線６７cとは異なった経路をたどり、１段目と２段目の２枚の波長板４２ａ，４２ｂを通過する。このためp偏光の状態６７dで第２レンズアレイ５０に入射される。
次に光線６８aは、s偏光成分６８cが偏光ビームスプリッタ２０で反射され２分の１波長板４２ａ，４２ｂ，４２ｃを３枚通過するためp偏光の状態６８eとなり、p偏光の光６８bは反射板３０で偏向され、２段目と３段目の波長板４２ｂ，４２ｃを通過してp偏光となる。さらに光線６９aは、そのs偏光成分６９cが３段目の波長板４２ｃを通過しp偏光に、p偏光成分６９bが２分の１波長板を通過せずに第２レンズアレイ５０に入射される。
【００３６】
したがって、s偏光光を奇数枚の２分の１波長板４２に通過させ、かつ、p偏光光を波長板無しまたは偶数枚の２分の１波長板４２に通すことによって、すべてp偏光に変換させることになる。図示しないが、s偏光光を０枚か偶数枚の波長板４２に、p偏光は奇数枚の波長板４２を通過させれば、s偏光に全て変換することができる。
２分の１波長板をn段のアレイ状にすることによって、設置ピッチを第１レンズアレイ１０のピッチのn倍することができる。波長板４２の各段を従来のピッチに設置すれば、第１レンズアレイ１０のピッチを１／n倍にすることができる。したがって、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができるので、照明光学系の設計の自由度が高まる。
【００３７】
（実施例８）
図８は、本発明の実施例８を示す投写装置の配列図である。
図８では、ランプ１と、照明光学系２〜５と、画像形成手段６と、投射手段７で構成される投写装置が示されている。
照明光学系は、第１レンズアレイ２と偏光変換素子３と第２レンズアレイ４とコンデンサレンズ５で構成される。偏光変換素子３は実施例１から実施例７までに記載のもののうち、いずれかを用いる。画像形成手段６には、入射される光の偏光を揃えると光利用効率の面で効果のあるライトバルブ、例えば液晶素子を使用する。投射手段７としては投射レンズを用いる。
【００３８】
図８について、さらに詳細に説明する。
偏光変換素子３の２分の１波長板アレイを奇数枚、偶数枚と順次くり返して多段構成にするため、各段の波長板ピッチを大きくとることができる。これは相対的に照明光学系２〜５のレンズアレイを小さくすることができることになるため、照明光学系を小型化でき、設計の自由度を高くする。このため、投写装置全体としても小型化となる。
【００３９】
図８では、ライトバルブ６は１枚であるが、Ｒ、Ｇ、Ｂ用に３枚のライトバルブを用い、コンデンサレンズ５からライトバルブ間にダイクロイックミラーなどの色分離手段を介し、３枚のライトバルブと投射レンズの間にダイクロイックプリズムなどの色合成手段を配置してもよい。本発明の効果に対して、ライトバルブの枚数は影響を与えない。
なお、投写装置としてはランプの紫外線や熱線をカットするためのフィルタや、投写装置をコンパクトにするために折り返しミラーなどが通常使われるが、本発明の効果に直接影響しないため、本実施例では記載を省略している。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下に述べるような効果を奏する。
偏光ビームスプリッタと反射板と２分の１波長板を１セットとし、このセットがアレイ状に配置された偏光変換素子の２分の１波長板アレイを奇数枚、偶数枚と順次くり返して多段構成にするため、各段の波長板ピッチを大きくとることができる。これは相対的に照明光学系のレンズアレイを小さくすることができることになるため、照明光学系を小型化でき、設計の自由度を高くする。
【００４１】
偏光ビームスプリッタと、反射板と、２分の１波長板アレイで構成される偏光変換素子の２分の１波長板アレイを奇数枚、偶数枚と順次くり返して多段構成にするため、各段の波長板ピッチを大きくとることができる。これは相対的に照明光学系のレンズアレイを小さくすることができるため、照明光学系を小型化でき、設計の自由度を高くする。
【００４２】
偏光変換の特性を変えることなく、２分の１波長板アレイの設置ピッチを従来のn倍にすることができる。これは現状の波長板アレイピッチとすれば、レンズアレイピッチを1／n倍にできる。このため、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができるので、照明光学系の設計の自由度が高まる。
【００４３】
偏光変換の特性を変えることなく、２分の１波長板アレイの設置ピッチを従来のn倍にすることができる。これは現状の波長板アレイピッチとすれば、レンズアレイピッチを1／n倍にできる。このため、フライアイインテグレータの口径を小さくすることができたり、フライアイの分割数を増やしたりすることができ、照明光学系の設計の自由度が高まる。
【００４４】
n段の２分の１波長板アレイを各段ごとに光学軸を順次９０°ずらして（すなわち光学軸を直交）させるために偏光変換の効率が良好となり、かつ、波長板の温度依存性をキャンセルすることができるので、信頼性が高くなる。
【００４５】
２分の１波長板を２段構成にすることによって、偏光変換の特性を変えることなく設置ピッチを従来の２倍にすることができる。また、本構成では２段目の波長板の両端が１段目の波長板に重なる構造になるため、機械的強度を保つことができ、取り付けの信頼性を高くすることができる。
【００４６】
照明光学系が小型で、かつ、その光学系の設計の自由度が高い投写装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図２】本発明の実施例２を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図３】本発明の実施例３を示す照明光学システムの反射板および波長板の構造の斜視図である。
【図４】本発明の実施例４を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図５】本発明の実施例５を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図６】本発明の実施例６を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図７】本発明の実施例７を示す照明光学システムの断面構造図である。
【図８】本発明の実施例８を示す投写装置の断面構造図である。
【図９】従来の照明光学システムの断面構造例１を示す図である。
【図１０】従来の照明光学システムの断面構造例２を示す図である。
【符号の説明】
１０…第１レンズアレイ、２０…偏光ビームスプリッタ、３０…反射板、
５０…第２レンズアレイ、４１ａ，４１ｂ…２分の１波長板、
６０ａ〜６０ｄ…第１レンズアレイからの光線、
２１…偏光ビームスプリッタ、３１…反射板、６２ａ〜６２ｄ…光線、
６３ａ〜６３ｂ…第１レンズアレイからの光線、７１…波長板からの光線、
８１，８２…光学軸、２０ａ，２０ｂ…ビームスプリッタ、
３０ａ，３０ｂ…反射板、４３ａ，４３ｂ…１／２波長板、
６４ａ〜６４ｄ…第１レンズアレイからの光線、６５ａ〜６５ｃ…光線、
６６ａ〜６６ｃ…光線、４２ｃ…３枚目の１／２波長板、６８，６９…光線、
１…ランプ、２…第１レンズアレイ、３…偏光変換素子、
４…第２レンズアレイ、５…コンデンサレンズ、６…画像形成手段、
７…投射手段、４０…１／２波長板。
【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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