(57)【要約】      （修正有）【課題】偏光分離特性を良好に維持できる偏光素子を提供する。【解決手段】偏光素子５は、光束入射側端面５１１に対して傾斜した射出側傾斜面５１２を有する第１プリズム５１と、光束入射側端面に平行する光束射出側端面５２１、および光束射出側端面に対して傾斜し射出側傾斜面に平行する入射側傾斜面５２２を有する第２プリズム５２と、入射側傾斜面に設けられる偏光素子本体５３とを備える。各プリズムは、射出側傾斜面と偏光素子本体とが所定間隔、離間した状態で配設される。第１プリズムは、光束入射側端面と射出側傾斜面とのなす傾斜角度をα、入射光束が第１プリズムにて屈折した屈折角をβ、第１プリズムの屈折率をｎｄとした場合に、2009229729.tif 000013の関係を満たす。【選択図】図３
2009229729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束のうち所定の直線偏光光を透過する偏光素子であって、
光束を入射する光束入射側端面、および前記光束入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する第１プリズムと、
前記光束入射側端面に平行する光束射出側端面、および前記光束射出側端面に対して傾斜し前記射出側傾斜面に平行する入射側傾斜面を有する第２プリズムと、
前記入射側傾斜面に設けられ、前記第１プリズムを介した光束のうち第１の直線偏光光を透過し偏光方向が前記第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を前記第１プリズムに向けて反射する偏光素子本体とを備え、
前記各プリズムは、前記射出側傾斜面と前記偏光素子本体とが所定間隔、離間した状態で配設され、
前記第１プリズムは、
前記光束入射側端面と前記射出側傾斜面とのなす傾斜角度をα、前記入射光束が前記第１プリズムにて屈折した屈折角をβ、前記第１プリズムの屈折率をｎｄとした場合に、
2009229729.tif 000011
の関係を満たすように形成されている
ことを特徴とする偏光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光素子において、
前記第１プリズムは、
2009229729.tif 000012
の関係を満たすように形成されている
ことを特徴とする偏光素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の偏光素子において、
前記射出側傾斜面には、
前記傾斜角度に対応した反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする偏光素子。
【請求項４】
光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の偏光素子を備える
ことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクタにおいて、
前記光源装置から射出された光束を前記偏光素子に導光する導光光学系を備え、
前記導光光学系は、
前記偏光素子の光束入射側端面に対して入射角２０°以下で光束を入射させるように設定されている。
ことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子、およびプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源装置と、光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタが知られている。
このようなプロジェクタでは、光変調素子（液晶パネル）の光束入射側および光束射出側には、通常、入射光束のうち所定の直線偏光光を透過させ、他の光束を除去する偏光素子が配置される（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプロジェクタでは、液晶パネルの光束射出側に配置される射出側偏光素子として、反射型の偏光素子が用いられ、射出側偏光素子の耐光性および耐熱性を向上させるとともに、射出側偏光素子にて反射された不要な光束を液晶パネルに入射させない構成としている。
具体的に、射出側偏光素子は、入射光束の光軸に直交する光束入射側端面、および光束入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する断面三角形状の第１プリズムと、光束入射側端面に平行する光束射出側端面、および光束射出側端面に対して傾斜し射出側傾斜面に対向する入射側傾斜面を有する断面三角形状の第２プリズムと、各傾斜面間に介装される反射型偏光板とを備える。そして、反射型偏光板にて反射された不要な光束は、第１プリズムの光束入射側端面にて全反射し、液晶パネルを避ける方向に進行する。
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ０１／０５５７７８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、第１プリズム、反射型偏光板、および第２プリズムを密着した状態で配設した場合には、以下の問題がある。
すなわち、反射型偏光板は、一般的に、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光に分離し、一方の直線偏光光を透過、および他方の直線偏光光を反射する際、一部の光束を吸収して発熱する。
そして、反射型偏光板の熱が第１プリズムに伝達され、第１プリズムに熱歪が生じた場合には、熱歪による内部応力が生成した位相差の影響で、第１プリズム内を進行する光束の偏光方向が乱れてしまう。
すなわち、反射型偏光板を透過させるべき光束の偏光方向が第１プリズム内において乱れることで一部の光束が反射型偏光板にて反射されたり、反射型偏光板にて反射させるべき光束の偏光方向が第１プリズム内において乱れることで一部の光束が反射型偏光板を透過したりし、射出側偏光素子の偏光分離特性が劣化してしまう、という問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、偏光分離特性を良好に維持できる偏光素子、およびプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の偏光素子は、入射光束のうち所定の直線偏光光を透過する偏光素子であって、光束を入射する光束入射側端面、および前記光束入射側端面に対して傾斜した射出側傾斜面を有する第１プリズムと、前記光束入射側端面に平行する光束射出側端面、および前記光束射出側端面に対して傾斜し前記射出側傾斜面に平行する入射側傾斜面を有する第２プリズムと、前記入射側傾斜面に設けられ、前記第１プリズムを介した光束のうち第１の直線偏光光を透過し偏光方向が前記第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を前記第１プリズムに向けて反射する偏光素子本体とを備え、前記各プリズムは、前記射出側傾斜面と前記偏光素子本体とが所定間隔、離間した状態で配設され、前記第１プリズムは、前記光束入射側端面と前記射出側傾斜面とがなす傾斜角度をα、前記入射光束が前記第１プリズムにて屈折した屈折角をβ、前記第１プリズムの屈折率をｎｄとした場合に、以下の式（１）の関係を満たすように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
【数１】
2009229729.tif 000003
【０００８】
本発明では、偏光素子は、第１プリズム、第２プリズム、および偏光素子本体を備える。そして、偏光素子本体が第２プリズムの入射側傾斜面に設けられ、各プリズムは、射出側傾斜面と偏光素子本体とが所定間隔、離間した状態で配設される。このことにより、偏光素子本体と第１プリズムとの間には、断熱効果の高い空気層が介在することとなる。このため、偏光素子本体から第１プリズムへの熱伝導を効果的に抑制できる。
したがって、偏光素子本体の発熱の影響による第１プリズムの熱歪を抑制し、偏光素子の偏光分離特性を良好に維持できる。
【０００９】
ところで、第１プリズムと偏光素子本体との間には空気層が介在することとなるため、第１プリズムと偏光素子本体とを密着させた構成と比較して、第１プリズムに導入され射出側傾斜面と空気層の境界面（以下、第１境界面）を介して偏光素子本体に透過させるべき光束（以下、透過光）が第１境界面にて反射しやすいものとなり、光の利用効率が低減してしまう。特に、傾斜角度αを必要以上に大きくした場合には、第１境界面への入射角も大きくなるため、透過光が第１境界面にて反射しやすいものとなる。
本発明では、第１プリズムは、式（１）の関係（以下、透過条件）を満たすように形成されているので、第１境界面への入射角を小さくし、透過光を第１境界面にて反射させることなく透過させることができ、光の利用効率を向上できる。
【００１０】
本発明の偏光素子では、前記第１プリズムは、以下の式（２）の関係を満たすように形成されていることが好ましい。
【００１１】
【数２】
2009229729.tif 000004
【００１２】
ところで、第２の直線偏光光が第１プリズムに導入され光束入射側端面と空気層との境界面（以下、第２境界面）に入射する入射角と、傾斜角度αとは、相関関係があるものである。具体的には、傾斜角度αを小さくするにしたがって、第２の直線偏光光が第２境界面に入射する入射角が小さくなる。そして、透過条件を満たすように第１プリズムを形成する際、傾斜角度αを必要以上に小さくした場合には、第２境界面への第２の直線偏光光の入射角も小さくなるため、第２の直線偏光光が第２境界面にて全反射せずに透過しやすいものとなり、偏光素子の光路前段側に配設される液晶パネル等の光学素子に入射してしまう。
本発明では、第１プリズムは、式（２）の関係（以下、全反射条件）を満たすように形成されているので、第２境界面への入射角を大きくし、第２の直線偏光光を第２境界面にて全反射させることができ、光路前段側に配設される光学素子に第２の直線偏光光が入射することを回避できる。
【００１３】
本発明の偏光素子では、前記射出側傾斜面には、前記傾斜角度に対応した反射防止膜が形成されていることが好ましい。
本発明では、射出側傾斜面には、傾斜角度に対応、すなわち、透過光が第１境界面に入射する入射角に対応した反射防止膜が形成されている。このことにより、透過条件を満たすように第１プリズムを形成することに加えて、反射防止膜を形成することで、透過光を第１境界面にて反射させることなく透過させることができる、という効果を好適に図れる。
【００１４】
本発明のプロジェクタは、光源装置と、前記光源装置から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する光変調素子と、前記画像光を拡大投射する投射光学装置とを備えたプロジェクタであって、上述した偏光素子を備えることを特徴とする。
本発明では、プロジェクタは、上述した偏光素子を備えるので、上述した偏光素子と同様の作用および効果を享受できる。
また、プロジェクタは、偏光分離特性を良好に維持できる偏光素子を備えるので、投影画像の画質を良好に維持できる。
【００１５】
本発明のプロジェクタでは、前記光源装置から射出された光束を前記偏光素子に導光する導光光学系を備え、前記導光光学系は、前記偏光素子の光束入射側端面に対して入射角２０°以下で光束を入射させるように形成されていることが好ましい。
ところで、屈折角βは光束入射側端面への入射角θに依存するため、透過条件および全反射条件で規定した傾斜角度αは、入射角θに依存するものである。そして、透過条件および全反射条件を満たすように第１プリズムを形成する際、入射角θが２０°を超えると、式（１）、（２）で規定される傾斜角度αの範囲は、極端に狭くなってしまい、第１プリズムの加工が難しいものとなる。
本発明では、プロジェクタは、光源装置から射出された光束を入射角θが２０°以下で偏光素子の光束入射側端面に入射させる導光光学系を備える。このことにより、透過条件および全反射条件を満たすように第１プリズムを形成する際、式（１）、（２）で規定される傾斜角度αの範囲を製造可能な範囲に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの主な構成〕
図１は、本実施形態におけるプロジェクタ１の概略構成を模式的に示す図である。
プロジェクタ１は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成し、形成した画像光をスクリーン（図示略）上に拡大投射する。このプロジェクタ１は、図１に示すように、光学ユニット３と、投射光学装置としての投射レンズ４と、光学ユニット３および投射レンズ４を収納し外装を構成する外装筐体２とで大略構成されている。
なお、具体的な図示は省略したが、外装筐体２内において、光学ユニット３および投射レンズ４以外の空間には、プロジェクタ１内部を冷却する冷却ファン等を備えた冷却ユニット、プロジェクタ１の各構成部材に電力を供給する電源装置、プロジェクタ１の各構成部材の動作を制御する制御装置等が配置されるものとする。
【００１７】
光学ユニット３は、前記制御装置による制御の下、光源装置３１から射出された光束を光学的に処理して画像情報に対応した画像光を形成する。この光学ユニット３は、光源装置３１と、照明光学装置３２と、色分離光学装置３３と、リレー光学装置３４と、光学装置３５と、これら各光学部品３１〜３５を内部に設定された照明光軸Ａｘに対する所定位置に配置する光学部品用筐体３６とを備える。
光源装置３１は、図１に示すように、光源ランプ３１１およびリフレクタ３１２等を備える。そして、光源装置３１は、光源ランプ３１１から射出された光束がリフレクタ３１２によって射出方向が揃えられ、照明光学装置３２に向けて光束を射出する。
【００１８】
照明光学装置３２は、図１に示すように、第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備える。そして、光源装置３１から射出された光束は、第１レンズアレイ３２１を構成する複数の小レンズ（図示略）によって複数の部分光束に分割され、第２レンズアレイ３２２を構成する複数の小レンズ３２２Ａ（図６参照）の近傍で結像する。第２レンズアレイ３２２の各小レンズ３２２Ａから射出された各部分光束は、その中心軸（主光線）が偏光変換素子３２３の入射面に垂直となるように入射し、偏光変換素子３２３にて略１種類の直線偏光光として射出される。偏光変換素子３２３から直線偏光光として射出され、重畳レンズ３２４を介した複数の部分光束は、光学装置３５の後述する３枚の液晶パネル３５１上で重畳する。
【００１９】
色分離光学装置３３は、図１に示すように、２枚のダイクロイックミラー３３１，３３２、および反射ミラー３３３を備え、これらのダイクロイックミラー３３１，３３２、反射ミラー３３３により照明光学装置３２から射出された複数の部分光束を赤、緑、青の３色の色光に分離する機能を有する。
リレー光学装置３４は、図１に示すように、入射側レンズ３４１、リレーレンズ３４３、および反射ミラー３４２，３４４を備え、色分離光学装置３３で分離された色光、例えば、赤色光を光学装置３５の後述する赤色光側の液晶パネル３５１Ｒまで導く機能を有する。
【００２０】
光学装置３５は、入射した光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する。この光学装置３５は、図１に示すように、光路前段側から順に、３つのフィールドレンズ３５０と、３つの入射側偏光素子３５２と、３つの光変調素子としての液晶パネル３５１（赤色光側の液晶パネルを３５１Ｒ、緑色光側の液晶パネルを３５１Ｇ、青色光側の液晶パネルを３５１Ｂとする）と、３つの射出側偏光素子５と、色合成光学装置としてのクロスダイクロイックプリズム３５４とを備える。
【００２１】
フィールドレンズ３５０は、照明光学装置３２から射出された各部分光束をその中心軸（主光線）に対して平行な光束に変換する。
入射側偏光素子３５２は、フィールドレンズ３５０を介した光束のうち、偏光変換素子３２３で揃えられた偏光方向と略同一の偏光方向の直線偏光光のみ透過する。なお、入射側偏光素子３５２としては、所定の偏光方向の直線偏光光を透過し、前記所定の偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光光を吸収する吸収型偏光子で構成してもよく、あるいは、後述する偏光素子本体５３と同様に反射型偏光子で構成してもよい。
【００２２】
液晶パネル３５１は、具体的な図示は省略したが、透過型の液晶パネルであり、前記制御装置からの駆動信号に基づいて、マトリクス状に配列された複数の液晶セル（画素）に封入された液晶分子の配列を変化させ、入射側偏光素子３５２から射出された直線偏光光の偏光方向を変調する。
射出側偏光素子５は、液晶パネル３５１を介して射出された光束のうち、入射側偏光素子３５２の透過軸に直交する偏光方向の第１の直線偏光光のみ透過する。
なお、射出側偏光素子５の構成については、後述する。
【００２３】
クロスダイクロイックプリズム３５４は、各射出側偏光素子５を透過した各色光を合成して画像光（カラー画像）を形成する。このクロスダイクロイックプリズム３５４は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。これら誘電体多層膜は、液晶パネル３５１Ｇから射出され射出側偏光素子５を透過したＧ色光を透過し、各液晶パネル３５１Ｒ，３５１Ｂから射出され各射出側偏光素子５を透過したＲ，Ｂ色光を反射する。このようにして、各色光が合成されてカラー画像が形成される。
投射レンズ４は、複数のレンズを組み合わせた組レンズとして構成され、光学装置３５から射出された画像光をスクリーン上に拡大投射する。
【００２４】
〔射出側偏光素子の構成〕
図２は、射出側偏光素子５の構成を模式的に示す図である。具体的に、図２は、射出側偏光素子５を上方側から見た斜視図である。
射出側偏光素子５は、図２に示すように、第１プリズム５１と、第１プリズム５１の光束射出側に配設され、第１プリズム５１と同一の形状および屈折率を有する第２プリズム５２と、偏光素子本体５３とを備える。
第１プリズム５１は、断面直角三角形状を有する三角柱プリズムで構成されている。
そして、第１プリズム５１は、断面直角三角形状の斜辺を除く他の一辺に相当する端面（光束入射側端面）５１１が光束入射側に位置し、照明光軸Ａｘに直交するように配設される。すなわち、第１プリズム５１は、断面直角三角形状の斜辺に相当する端面（射出側傾斜面）５１２が光束射出側に位置し、照明光軸Ａｘに直交する平面（光束入射側端面５１１）に対して傾斜した状態で配設されることとなる。
【００２５】
この第１プリズム５１において、射出側傾斜面５１２には、反射防止膜５１２Ａが形成されている。この反射防止膜５１２Ａは、光束入射側端面５１１と射出側傾斜面５１２とのなす傾斜角度（照明光軸Ａｘに対する射出側傾斜面５１２の傾斜角度）に応じて、すなわち、射出側偏光素子５への入射光束が照明光軸Ａｘに平行な状態で第１プリズム５１内部を進行した後、射出側傾斜面５１２に入射する入射角度に応じて、形成されている。
【００２６】
偏光素子本体５３は、第２プリズム５２における後述する入射側傾斜面５２２に設けられ、第１の直線偏光光を透過し、偏光方向が第１の直線偏光光に直交する第２の直線偏光光を反射する反射型偏光子で構成されている。本実施形態では、偏光素子本体５３は、具体的な図示は省略したが、入射側傾斜面５２２にアルミニウム等の微細な線状リブが多数平行に形成された構成を有している。そして、偏光素子本体５３は、線状リブが延出している方向に、垂直な偏光方向の直線偏光光（第１の直線偏光光）を透過し、平行な偏光方向の直線偏光光（第２の直線偏光光）を反射する。
【００２７】
第２プリズム５２は、断面直角三角形状の斜辺に相当する端面（入射側傾斜面）５２２が光束入射側に位置し、射出側傾斜面５１２に平行しつつ偏光素子本体５３が射出側傾斜面５１２に対して所定間隔、離間した状態で配設される。すなわち、第２プリズム５２は、断面直角三角形状の斜辺を除く他の一辺に相当する端面（光束射出側端面）５２１が光束射出側に位置し、照明光軸Ａｘに直交（光束入射側端面５１１に平行）するように配設されることとなる。
【００２８】
〔射出側偏光素子から射出される光束の光路〕
図３は、射出側偏光素子５から射出される光束の光路を模式的に示す図である。具体的に、図３は、射出側偏光素子５の縦断面図である。
なお、図３では、説明の便宜上、反射防止膜５１２Ａの図示を省略している。以下の図も同様である。
また、図３では、説明を簡略化するために、液晶パネル３５１を介した光束Ｌ１は、照明光軸Ａｘに平行する方向に、すなわち、光束入射側端面５１１に対して直交する方向に進行するものとする。
光束Ｌ１は、空気層を介して第１プリズム５１に導入され、射出側傾斜面５１２と空気層との境界面（以下、第１境界面Ｂ１）にて屈折し、偏光素子本体５３に向けて進行する。そして、光束Ｌ１は、偏光素子本体５３にて第１の直線偏光光Ｌ１１および第２の直線偏光光Ｌ１２に分離される。
【００２９】
第１の直線偏光光Ｌ１１は、偏光素子本体５３を透過し、第２プリズム５２を介して射出され、クロスダイクロイックプリズム３５４に導入される。この際、第１の直線偏光光Ｌ１１は、光束入射側端面５１１に入射する光束Ｌ１の進行方向と略同一方向に進行する。
一方、第２の直線偏光光Ｌ１２は、偏光素子本体５３にて光束入射側に反射され、第１境界面Ｂ１にて屈折し、第１プリズム５１に導入される。そして、第２の直線偏光光Ｌ１２は、光束入射側端面５１１と空気層との境界面（以下、第２境界面Ｂ２）にて全反射し、第１プリズム５１における光束入射側端面５１１および射出側傾斜面５１２に交差する端面５１３から射出される。すなわち、第２の直線偏光光Ｌ１２は、液晶パネル３５１を避ける方向（本実施形態では、上方向）に射出される。なお、具体的な図示は省略したが、端面５１３には、第２の直線偏光光Ｌ１２の反射を防止するための反射防止膜が形成されている。
【００３０】
本実施形態では、第１プリズム５１は、光束Ｌ１を第１境界面Ｂ１にて反射させることなく透過させる透過条件を満たし、かつ、第２の直線偏光光Ｌ１２を第２境界面Ｂ２にて全反射させる全反射条件を満たすように、以下に示すような形状に設定されている。
【００３１】
先ず、透過条件について説明する。
図４は、透過条件を説明するための図である。具体的に、図４は、第１プリズム５１を側方から見た図である。
なお、第１プリズム５１への入射光束Ｌ１としては、射出側偏光素子５の光路前段側に配設される光学系（後述する導光光学系６）によって、入射角の範囲が決定される。このため、以下では、入射光束Ｌ１は、光束入射側端面５１１に対して入射角θで入射するものとして説明する。
また、説明の便宜上、入射光束Ｌ１は、下方側から、すなわち、光束入射側端面５１１と射出側傾斜面５１２との離間寸法が小さい側から光束入射側端面５１１に対して入射角θで入射するものとして説明する。
【００３２】
ここで、入射角θで光束入射側端面５１１に入射した光束Ｌ１が第２境界面Ｂ２にて屈折した光束Ｌ１Ａの屈折角をβとして定義する。
屈折角βは、空気の屈折率を１、第１プリズム５１の屈折率をｎｄとした場合、スネルの法則から以下の式（３）で表されるものである。
【００３３】
【数３】
2009229729.tif 000005
【００３４】
また、第１プリズム５１は、光束入射側端面５１１が照明光軸Ａｘに直交するように配設されているため、光束Ｌ１Ａは、光束入射側端面５１１と射出側傾斜面５１２とのなす傾斜角度をαとした場合に、第１境界面Ｂ１にα＋βの角度で入射することとなる。
そして、光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１にて反射することなく透過する透過条件としては、スネルの法則から、以下の式（４）で表される。
【００３５】
【数４】
2009229729.tif 000006
【００３６】
なお、上記では、入射光束Ｌ１が下方側から光束入射側端面５１１に入射するものとしたため、光束Ｌ１Ａは、第１境界面Ｂ１にα＋βの角度で入射するものである。逆に、入射光束Ｌ１が上方側から、すなわち、光束入射側端面５１１と射出側傾斜面５１２との離間寸法が大きい側から光束入射側端面５１１に対して入射角θで入射した場合には、光束Ｌ１Ａは、第１境界面Ｂ１にα−βの角度で入射することとなる。
しかしながら、下方入射での入射角（α＋β）は、上方入射での入射角（α−β）よりも大きい角度であるため、光束Ｌ１Ａの入射角をα＋βで規定した式（４）の透過条件を満たせば、全ての光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１にて反射することなく透過することとなる。
【００３７】
次に、全反射条件について説明する。
図５は、全反射条件を説明するための図である。具体的に、図５は、第１プリズム５１を側方から見た図である。
なお、偏光素子本体５３にて反射された第２の直線偏光光Ｌ１２が第１境界面Ｂ１にて屈折した第２の直線偏光光Ｌ１２Ａの屈折角は、射出側傾斜面５１２と入射側傾斜面５２２とが平行であるため、光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１にて反射した場合での反射角と同一のものである。このため、図５では、説明の便宜上、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａが、第１境界面Ｂ１にて反射したものとして図示している。
また、説明の便宜上、入射光束Ｌ１は、上方側から光束入射側端面５１１に対して入射角θで入射するものとして説明する。
【００３８】
光束Ｌ１Ａは、入射光束Ｌ１が上方入射であるため、上述したように、第１境界面Ｂ１にα−βの角度で入射する。また、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａの屈折角は、上述したように光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１にて反射した場合での反射角と同一であるため、α−βの角度となる。さらに、入射角０°で光束入射側端面５１１に入射する光束Ｌ１´の進行方向と光束入射側端面５１１の法線Ｎｍとが平行であるため、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａは、第２境界面Ｂ２に対して、光束Ｌ１´が第１境界面Ｂ１に入射する入射角αに第２の直線偏光光Ｌ１２Ａの屈折角（α−β）を加えた２α−βの角度となる。
そして、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａが第２境界面Ｂ２にて全反射する全反射条件としては、スネルの法則から、以下の式（５）で表される。
【００３９】
【数５】
2009229729.tif 000007
【００４０】
なお、上記では、入射光束Ｌ１を上方入射としたため、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａは、第２境界面Ｂ２に２α−βの角度で入射するものである。逆に、入射光束Ｌ１を下方入射とした場合には、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａは、第２境界面Ｂ２に２α＋βの角度で入射することとなる。
しかしながら、上方入射での入射角（２α−β）は、下方入射での入射角（２α＋β）よりも小さい角度であるため、第２の直線偏光光Ｌ１２の入射角を２α−βで規定した式（５）の全反射条件を満たせば、全ての第２の直線偏光光Ｌ１２Ａが第２境界面Ｂ２にて全反射することとなる。
【００４１】
以上のように、第１プリズム５１は、傾斜角度αが式（４），（５）の範囲となるように設定されている。
【００４２】
〔入射角θの範囲〕
また、本実施形態では、射出側偏光素子５の光路前段側に配設される光学部品３２〜３４，３５０〜３５２（導光光学系６）によって、以下に示すように、入射角θの範囲を設定している。
図６および図７は、入射角θの範囲を説明するための図である。具体的に、図６は、光源装置３１から射出され射出側偏光素子５に入射する光束Ｌ１の光路を模式的に示す図である。図７は、図６の一部を拡大し、マイクロレンズＭＬおよび射出側偏光素子５（第１プリズム５１）のみを示した図である。
なお、図６では、説明の便宜上、光学部品３２〜３４，３５０〜３５２で構成される導光光学系６のうち、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、重畳レンズ３２４、フィールドレンズ３５０、および液晶パネル３５１のみを図示している。
【００４３】
また、図６では、液晶パネル３５１として、複数の画素に応じて設けられ入射した光束Ｌ１を複数の画素にそれぞれ絞り込む複数のマイクロレンズＭＬを有するものとしている。また、図６では、説明の便宜上、複数のマイクロレンズＭＬのうち、２つのみを図示している。
さらに、図６では、入射角θが最大となる角度を示すために、光束Ｌ１として、第２レンズアレイ３２２の最外周（図６中、下方側）の小レンズ３２２Ａから射出され、偏光変換素子３２３、重畳レンズ３２４、フィールドレンズ３５０、および液晶パネル３５１における最外周（図６中、上方側）のマイクロレンズＭＬを介して、射出側偏光素子５に入射する部分光束を採用している。
【００４４】
図６に示すように、フィールドレンズ３５０は部分光束Ｌ１をその中心軸Ａ（主光線）に対して平行な光束に変換するため、全ての部分光束Ｌ１は、液晶パネル３５１に対して入射角θ１で入射することとなる。
そして、入射角θ１は、図６に示すように、重畳レンズ３２４から液晶パネル３５１（マイクロレンズＭＬ）までの距離をＤ、重畳レンズ３２４において部分光束Ｌ１の中心軸Ａから外縁（図６中、上方側の外縁）までの長さ寸法をｄ１とした場合に、以下の式（６）で表される。
【００４５】
【数６】
2009229729.tif 000008
【００４６】
そして、図７に示すように、部分光束Ｌ１がマイクロレンズＭＬにて収束された際の照明光軸Ａｘに平行する直線Ａｘ´に対する最大角度をθ２、マイクロレンズＭＬの径寸法をｄ２（図６）、マイクロレンズＭＬの焦点距離をｆとした場合には、以下の式（７）が導き出せる。
【００４７】
【数７】
2009229729.tif 000009
【００４８】
ここで、最大となる入射角θは、図７に示すように、角度θ２と同一の角度である。したがって、最大となる入射角θは、式（６）、（７）から、以下の式（８）で表される。
【００４９】
【数８】
2009229729.tif 000010
【００５０】
そして、本実施形態では、導光光学系６において、距離Ｄ、長さ寸法ｄ１、径寸法ｄ２、および焦点距離ｆを適宜、設定することで、入射角θを２０°以下にしている。
なお、上記では、液晶パネル３５１として、マイクロレンズＭＬを有する構成としていたが、マイクロレンズＭＬがない構成の場合には、式（８）において、ｄ２／２ｆが省略される。このため、マイクロレンズＭＬがない構成の場合には、導光光学系６において、距離Ｄおよび長さ寸法ｄ１のみを適宜、設定することで、入射角θを２０°以下にする。
【００５１】
上述した実施形態においては、以下の効果がある。
本実施形態では、射出側偏光素子５は、第１プリズム５１、第２プリズム５２、および偏光素子本体５３を備える。そして、偏光素子本体５３が第２プリズム５２の入射側傾斜面５２２に設けられ、各プリズム５１，５２は、射出側傾斜面５１２と偏光素子本体５３とが所定間隔、離間した状態で配設される。このことにより、偏光素子本体５３と第１プリズム５１との間には、断熱効果の高い空気層が介在することとなる。このため、偏光素子本体５３から第１プリズム５１への熱伝導を効果的に抑制できる。
したがって、偏光素子本体５３の発熱の影響による第１プリズム５１の熱歪を抑制し、射出側偏光素子５の偏光分離特性を良好に維持できる。
また、射出側偏光素子５の偏光分離特性を良好に維持できるため、プロジェクタ１から投射される投影画像の画質も良好に維持できる。
【００５２】
また、第１プリズム５１は、式（４）の透過条件を満たすように形成されているので、光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１に入射する入射角を小さくし、光束Ｌ１Ａを第１境界面Ｂ１にて反射させることなく透過させることができ、光の利用効率を向上できる。
さらに、第１プリズム５１は、式（５）の全反射条件を満たすように形成されているので、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａが第２境界面Ｂ２に入射する入射角を大きくし、第２の直線偏光光Ｌ１２Ａを第２境界面Ｂ２にて全反射させることができ、光路前段側に配設される液晶パネル３５１に第２の直線偏光光Ｌ１２Ａが入射することを回避できる。
【００５３】
図８は、屈折率ｎｄを１．８とした場合の入射角θに対する傾斜角度αの上限と下限の関係を表した図である。
図８において、入射角θを２０°とした時の傾斜角度αの範囲は、２２．８°≦α≦２２．４°となる。これは、加工時などの交差を考慮すると、製造可能な限界の角度範囲である。入射角θをさらに大きくするとさらに傾斜角度αの範囲が小さくなってしまい、第１プリズム５１の加工が難しいものとなる。さらに、入射角θが２０．５°となると傾斜角度αの範囲は存在しなくなる。つまり、入射角θが２０°を超えると式（４），（５）を同時に満たす傾斜角度αが実質的に実現できない。
第１プリズム５１として、一般的なガラス材の屈折率ｎｄは１．４〜１．８である。式（３）〜（５）より、屈折率ｎｄが小さくなると上限値と下限値の差（傾斜角度αの範囲）は大きくなるため、屈折率１．８よりも屈折率１．４〜１．５の方が許容できる入射角θの範囲が大きくなる。しかし、その量は僅かであり、屈折率１．４〜１．５の場合でも、２１°を超えるとほぼ限界となる。
本実施形態では、プロジェクタ１は、光源装置３１から射出された光束Ｌ１を入射角θが２０°以下で射出側偏光素子５の光束入射側端面５１１に入射させる導光光学系６を備える。このことにより、透過条件および全反射条件を満たすように第１プリズム５１を形成する際、式（３）〜（５）で規定される傾斜角度αの範囲を製造可能な範囲に設定することができる。
【００５４】
また、射出側傾斜面５１２には、傾斜角度αに対応、すなわち、光束Ｌ１Ａが第１境界面Ｂ１に入射する入射角に対応した反射防止膜５１２Ａが形成されている。このことにより、透過条件を満たすように第１プリズム５１を形成することに加えて、反射防止膜５１２Ａを形成することで、光束Ｌ１Ａを第１境界面Ｂ１にて反射させることなく透過させることができる、という効果を好適に図れる。
【００５５】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、透過条件および全反射条件を満たすように第１プリズム５１が形成されていたが、これに限らず、透過条件のみを満たすように第１プリズム５１を形成しても構わない。
前記実施形態において、射出側偏光素子５をプロジェクタ１に組み込む際、各プリズム５１，５２を別々にプロジェクタ１に組み込む構成としてもよく、予め各プリズム５１，５２を一体化した状態でプロジェクタ１に組み込む構成としても構わない。
【００５６】
前記実施形態において、クロスダイクロイックプリズム３５４に対して各射出側偏光素子５の光束射出側端面５２１を接着剤等により固着し、クロスダイクロイックプリズム３５４および各射出側偏光素子５を一体化した構成としても構わない。同様に、各液晶パネル３５１、各入射側偏光素子３５２、各フィールドレンズ３５０をクロスダイクロイックプリズム３５４に対して一体化した構成としても構わない。
【００５７】
前記実施形態において、各プリズム５１，５２は、異なる形状を有する構成としても構わない。また、各プリズム５１，５２は、異なる材料（異なる屈折率）で構成しても構わない。
例えば、第１プリズム５１における端面５１３の形状として、第２境界面Ｂ２にて全反射した第２の直線偏光光Ｌ１２が直交して入射するように形成しても構わない。
前記各実施形態において、第２の直線偏光光Ｌ１２が上方向に射出されるように射出側傾斜面５１２が光束射出側に位置し照明光軸Ａｘに直交する平面（光束入射側端面５１１）に対して傾斜した状態で配設されていたが、これに限らず液晶パネル３５１を避ける方向であれば、射出側傾斜面５１２の傾斜方向は上下左右どの方向でもよい。
【００５８】
前記実施形態において、偏光素子本体５３の構成は、前記実施形態で説明した構成に限らず、反射型偏光子であれば、いずれの構成でも構わない。
例えば、偏光素子本体５３として、誘電体多層膜によって形成される偏光分離素子、液晶材料などの屈折率異方性（複屈折性）を有する有機材料を層状に積層させた高分子系の層状偏光板、偏りのない光を右回りの円偏光と左回りの円偏光とに分離する円偏光反射板とλ／４位相差板を組み合わせた光学素子、ブリュースター角を利用して反射偏光光と透過偏光光とに分離する光学素子、あるいは、ホログラムを利用したホログラム光学素子等を採用しても構わない。
【００５９】
また、偏光素子本体５３を全体として長方形状に形成した場合には、長辺が光束入射側端面５１１や光束射出側端面５２１に平行な状態で照明光軸Ａｘに対して傾斜させることが好ましい。このように構成することで、同一の傾斜角度αで傾斜させた場合に、上述したように偏光素子本体５３を傾斜させた方が、矩形状の短辺が光束入射側端面５１１や光束射出側端面５２１に平行な状態で照明光軸Ａｘに対して傾斜させる構成と比較して、射出側偏光素子５全体での照明光軸Ａｘに沿う厚み寸法を小さくすることができる。
【００６０】
さらに、偏光素子本体５３として、前記実施形態で説明したように、アルミニウム等の微細な線状リブが多数平行に形成された構成とした場合には、以下に示すように、偏光素子本体５３を傾斜させることが好ましい。
例えば、偏光素子本体５３の特性を維持することを考慮した場合には、透過軸（線状リブの延出方向に垂直な軸）回りで偏光素子本体５３を傾斜させることが好ましい。すなわち、上記のように傾斜させた場合には、偏光素子本体５３を光束入射側から見た場合に、各線状リブのピッチが傾斜させない状態と同一のピッチとなるため、偏光素子本体５３の特性を維持できる。
また、例えば、第１境界面Ｂ１での透過効率、第２境界面Ｂ２での反射効率を考慮した場合には、吸収軸（線状リブの延出方向に平行な軸）回りで偏光素子本体５３を傾斜させることが好ましい。すなわち、上記のように傾斜させた場合には、光束Ｌ１のうち偏光素子本体５３を透過させるべき第１の直線偏光光Ｌ１１と同一の偏光方向の光束は、第１境界面Ｂ１にＰ偏光光として入射するため、第１境界面Ｂ１での反射を抑制し透過効率を向上させることができる。また、第２の直線偏光光Ｌ１２は、第２境界面Ｂ２にＳ偏光光として入射するため、第２境界面Ｂ２での透過を抑制し反射効率を向上させることができる。
【００６１】
前記実施形態では、本発明に係る偏光素子の構成を射出側偏光素子５に採用していたが、これに限らず、入射側偏光素子３５２に採用しても構わない。
前記実施形態では、液晶パネル３５１を３つ設けた三板式のプロジェクタ１の例を挙げたが、これに限らず、液晶パネル３５１を１つのみ設けた構成、液晶パネル３５１を２つ設けた構成、あるいは、液晶パネル３５１を４つ以上設けた構成としても構わない。
前記実施形態では、フロント投射型のプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを備え、該スクリーンの裏面側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、偏光分離特性を良好に維持できるため、プレゼンテーションやホームシアタに用いられるプロジェクタの偏光素子に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態におけるプロジェクタの概略構成を模式的に示す図。
【図２】前記実施形態における射出側偏光素子の構成を模式的に示す図。
【図３】前記実施形態における射出側偏光素子から射出される光束の光路を模式的に示す図。
【図４】前記実施形態における透過条件を説明するための図。
【図５】前記実施形態における全反射条件を説明するための図。
【図６】前記実施形態における入射角の範囲を説明するための図。
【図７】前記実施形態における入射角の範囲を説明するための図。
【図８】前記実施形態における傾斜角度の範囲を説明するための図。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・プロジェクタ、４・・・投射レンズ（投射光学装置）、５・・・射出側偏光素子、６・・・導光光学系、３１・・・光源装置、５１・・・第１プリズム、５２・・・第２プリズム、５３・・・偏光素子本体、３５１・・・液晶パネル（光変調素子）、５１１・・・光束入射側端面、５１２・・・射出側傾斜面、５１２Ａ・・・反射防止膜、５２１・・・光束射出側端面、５２２・・・入射側傾斜面、Ｌ１・・・入射光束、Ｌ１１・・・第１の直線偏光光、Ｌ１２・・・第２の直線偏光光。
【図１】
2009229729.tif 000014
【図２】
2009229729.tif 000015
【図３】
2009229729.tif 000016
【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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