(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率に直線偏光光を得ることができる光学系、およびこれを備えたプロジェクタを提供する。【解決手段】インテグレータレンズと、偏光変換素子８と、を備える光学系であって、偏光変換素子８は、光出射面８Ｂに４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板８４と、複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜８５及び反射膜８６と、偏光分離膜８５の光出射面８Ｂ側に設けられた位相差板８７と、各部材の界面に設けられた接着層８８と、を備え、光入射面８Ａにおける、位相差板８７の厚さ、一の位相差板８７と隣接する他の位相差板８７との間にある全ての透光性基板８４の厚さおよび全ての接着層８８の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、インテグレータレンズの複数の小レンズの光軸は、下記式（１）の条件を満たすピッチＤで配列される。2009210675.tif 000012【選択図】図２
2009210675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の小レンズを備え光源から出射された光束を複数の部分光束に分割するインテグレータレンズと、前記部分光束を直線偏光光に変換する偏光変換素子と、を備える光学系であって、
前記偏光変換素子は、
互いに略平行な光入射面と光出射面とが形成され、
前記光出射面に４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板と、
前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、
前記偏光分離膜または前記反射膜の前記光出射面側に設けられた位相差板と、
前記透光性基板、前記偏光分離膜、前記反射膜および前記位相差板の界面に設けられた接着層と、を備え、
前記位相差板の厚さ、一の前記位相差板と隣接する他の前記位相差板との間にある全ての透光性基板の厚さおよび全ての接着層の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、前記複数の小レンズの光軸は、前記位相差板の厚さ方向においてピッチＤで配列され、
前記ピッチＤは、下記式（１）の条件を満たす
ことを特徴とする光学系。
【数１】
2009210675.tif 000010
【請求項２】
請求項１に記載の光学系において、
前記部分光束が集光されるスポットは、前記偏光分離膜の略中心に位置する
ことを特徴とする光学系。
【請求項３】
複数の小レンズを備え光源から出射された光束を複数の部分光束に分割するインテグレータレンズと、前記部分光束を直線偏光光に変換する偏光変換素子と、を備える光学系であって、
一または二以上の前記小レンズの光軸は、前記小レンズの中心よりオフセットされており、
前記偏光変換素子は、
互いに略平行な光入射面と光出射面とが形成され、
前記光出射面に４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板と、
前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、
前記偏光分離膜または前記反射膜の前記光出射面側に設けられた位相差板と、
前記透光性基板、前記偏光分離膜、前記反射膜および前記位相差板の界面に設けられた接着層と、を備え、
前記位相差板の厚さ、一の前記位相差板と隣接する他の前記位相差板との間にある全ての透光性基板の厚さおよび全ての接着層の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、前記複数の小レンズにより前記部分光束が集光される複数のスポットは、前記位相差板の厚さ方向においてピッチＤで配列され、
前記ピッチＤは、下記式（２）の条件を満たす
ことを特徴とする光学系。
【数２】
2009210675.tif 000011
【請求項４】
請求項３に記載の光学系において、
前記部分光束が集光されるスポットは、前記偏光分離膜の略中心に位置する
ことを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光学系において、
前記位相差板は、１／２波長板であり、前記偏光分離膜の前記光出射面側に設けられる
ことを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の光学系において、
前記位相差板は、１／４波長板であり、前記反射膜の前記光出射面側に設けられる
ことを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の光学系において、
前記位相差板は、シングルモード波長板である
ことを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の光学系と、
前記光学系に向けて光束を出射する光源装置と、
前記光学系からの前記直線偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、
前記光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えた
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、直線偏光光が得られる光学系、およびこの光学系を備えたプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタは、光源装置から射出された光を画像情報に応じて変調し、この変調された光学像をスクリーンの上に拡大投射する装置である。
プロジェクタでは、光源装置から出射された非偏光な光を、インテグレータレンズによって複数の中間光束に分割する。そして、この中間光束を、偏光変換素子によって１種類の直線偏光光に変換することで、光の利用効率の向上を図っている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
図５（Ａ）は、偏光変換素子１００の一例を示すもので、偏光分離膜１０５を備えた透光ブロック１１０と、反射膜１０６を備えた透光ブロック１１２とを１つのユニット１１３とし、このユニット１１３を直列に連設して形成されたものである（特許文献１参照）。各々のユニット１１３は光源側（図５（Ａ）における上方）に配置されたインテグレータレンズ（図示省略）のピッチＡと等しいピッチＢに設定されており、偏光変換素子１００に入射した光は、偏光分離膜１０５によりＰ偏光光とＳ偏光光に分離され、偏光分離膜１０５を透過したＰ偏光光は、１／２波長板１０７によりＳ偏光光として偏光変換素子１００から出射し、偏光分離膜１０５により分離されたＳ偏光光は、反射膜１０６により反射されて偏光変換素子１００から出射する。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の偏光変換素子１００では、図５（Ｂ）に示すように、断面形状が平行四辺形となる第１の透光部材１１４と第２の透光部材１１６とが隣接する境界面に、偏光分離膜１０８ａおよび１／２波長板１０８ｂからなる複合層１０８と、反射膜１０９とを交互に配置している。
この偏光変換素子１００の場合は、偏光分離膜１０８ａによって分離されたＰ偏光光が複合層１０８を通過する際にＳ偏光光に変換され、偏光変換素子１００からの出射光がＳ偏光光に揃えられる。
特許文献２では、１／２波長板１０８ｂとして、水晶板を透光部材１１４，１１６に組み込むことで、特許文献１に記載の偏光変換素子１００に比べ、変換効率、入射角依存性、量産性および耐熱性に優れた偏光変換素子１００を達成している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０２５２３号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の偏光変換素子１００では、光が１／２波長板１０８ｂの端部付近に入射するおそれがある。
従来は、図５（Ａ）に示すように、偏光変換素子１００のユニット１１３の幅（ピッチ）が、インテグレータレンズのピッチＡと等しいピッチＢに設定されていた。このため、ほぼ全ての光を偏光分離膜１０５に入射させることができる。
これに対し、特許文献２に記載の偏光変換素子１００では、図５（Ｂ）に示すように、１／２波長板１０８ｂが組み込まれる分だけユニット１１７が厚くなり、ユニット１１７のピッチＣとインテグレータレンズのピッチＡとの間にずれが生じる。このため、矢印Ｘで示すように、光が１／２波長板１０８ｂの端部付近に入射し、変換効率を低下させるおそれがあった。
なお、ユニット１１７のピッチＣとインテグレータレンズのピッチＡとの間のずれが更に大きくなると、矢印Ｙで示すように透光部材１１４に入射し、変換効率をより一層低下させる。
【０００７】
本発明の目的は、高効率に直線偏光光を得ることができる光学系、およびこれを備えたプロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係わる光学系は、複数の小レンズを備え光源から出射された光束を複数の部分光束に分割するインテグレータレンズと、前記部分光束を直線偏光光に変換する偏光変換素子と、を備える光学系であって、前記偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面と光出射面とが形成され、前記光出射面に４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、前記偏光分離膜または前記反射膜の前記光出射面側に設けられた位相差板と、前記透光性基板、前記偏光分離膜、前記反射膜および前記位相差板の界面に設けられた接着層と、を備え、前記位相差板の厚さ、一の前記位相差板と隣接する他の前記位相差板との間にある全ての透光性基板の厚さおよび全ての接着層の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、前記複数の小レンズの光軸は、前記位相差板の厚さ方向においてピッチＤで配列され、前記ピッチＤは、下記式（１）の条件を満たすことを特徴とする。
【０００９】
【数１】
2009210675.tif 000003
【００１０】
この構成の本適用例では、偏光変換素子の光入射面から入射した光は透光性基板を通り
、偏光分離膜でＰ偏光光とＳ偏光光とに分離される。偏光分離膜で透過した一方の偏光光は、そのままの偏光で光出射面から出射し、他方の偏光光は、位相差板により位相が変換された後、光出射面から出射する。これにより、偏光変換素子から出射される光はＰまたはＳ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
ここで、偏光変換素子は、透光性基板、偏光分離膜、反射膜、位相差板、接着層を１つのユニットとする繰返し構造を有する。偏光分離膜および反射膜は、非常に薄いので０と近似することができ、光入射面における１ユニットの厚さは、
【００１１】
【数２】
2009210675.tif 000004
【００１２】
となる。
本適用例では、複数の小レンズの光軸のピッチＤを、この１ユニットの厚さに合わせているので、小レンズからの部分光束の入射位置が、ユニットごとにずれることがなく、部分光束が位相差板等に入射して変換効率が低下することを防止することができる。
すなわち、本適用例の光学系によれば、位相差板を透光性基板の界面に組み込んだ偏光変換素子を用いて高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００１３】
［適用例２］
本適用例に係わる光学系において、前記部分光束が集光されるスポットは、前記偏光分離膜の略中心に位置することが好ましい。
この構成の本適用例では、部分光束のスポットが偏光分離膜の略中心に位置するので、全ての光をより確実に偏光分離膜に入射させることができ、より高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００１４】
［適用例３］
本適用例に係わる光学系は、複数の小レンズを備え光源から出射された光束を複数の部分光束に分割するインテグレータレンズと、前記部分光束を直線偏光光に変換する偏光変換素子と、を備える光学系であって、一または二以上の前記小レンズの光軸は、前記小レンズの中心よりオフセットされており、前記偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面と光出射面とが形成され、前記光出射面に４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板と、前記複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、前記偏光分離膜または前記反射膜の前記光出射面側に設けられた位相差板と、前記透光性基板、前記偏光分離膜、前記反射膜および前記位相差板の界面に設けられた接着層と、を備え、前記位相差板の厚さ、一の前記位相差板と隣接する他の前記位相差板との間にある全ての透光性基板の厚さおよび全ての接着層の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、前記複数の小レンズにより前記部分光束が集光される複数のスポットは、前記位相差板の厚さ方向においてピッチＤで配列され、前記ピッチＤは、下記式（２）の条件を満たすことを特徴とする。
【００１５】
【数３】
2009210675.tif 000005
【００１６】
この構成の本適用例では、偏光変換素子は、透光性基板、偏光分離膜、反射膜、位相差板、接着層を１つのユニットとする繰返し構造を有し、部分光束のスポットが光入射面における１ユニットの厚さ
【００１７】
【数４】
2009210675.tif 000006
【００１８】
に等しいピッチＤで配列されている。
このため、小レンズの光軸が中心からオフセットされていても、部分光束の入射位置がユニットごとにずれることがなく、部分光束が位相差板等に入射して変換効率が低下することを防止することができる。
よって、本適用例の光学系によれば、位相差板を透光性基板の界面に組み込んだ偏光変換素子を用いて高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００１９】
［適用例４］
本適用例に係わる光学系において、前記部分光束が集光されるスポットは、前記偏光分離膜の略中心に位置することが好ましい。
この構成の本適用例では、部分光束のスポットが偏光分離膜の略中心に位置するので、全ての光をより確実に偏光分離膜に入射させることができ、より高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００２０】
［適用例５］
本適用例に係わる光学系において、前記位相差板は、１／２波長板であり、前記偏光分離膜の前記光出射面側に設けられることが好ましい。
この構成の本適用例では、偏光分離膜で透過した偏光光は、１／２波長板によって位相が変換された後、光出射面から出射する。一方、偏光分離膜で反射された偏光光は、反射膜で反射され、光出射面から出射する。これにより、偏光変換素子から出射される光は、ＰまたはＳ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
【００２１】
［適用例６］
本適用例に係わる光学系において、前記位相差板は、１／４波長板であり、前記反射膜の前記光出射面側に設けられることが好ましい。
この構成の本適用例では、偏光分離膜で透過した偏光光は、そのまま光出射面から出射する。一方、偏光分離膜で反射された偏光光は、１／４波長板に入射し、反射膜で反射された後再び１／４波長板を通過して、位相が変換された状態で光出射面から出射する。これにより、偏光変換素子から出射される光は、ＰまたはＳ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
【００２２】
［適用例７］
本適用例に係わる光学系において、前記位相差板は、シングルモード波長板であることが好ましい。
この構成の本適用例では、シングルモード波長板を位相差板として用いるので、幅広い波長領域の光に対応することができる。また、シングルモード波長板は、通常の波長板よりも薄いので、偏光変換素子を小型化することができる。
【００２３】
［適用例８］
本適用例に係わるプロジェクタは、上述の光学系と、前記光学系に向けて光束を出射する光源装置と、前記光学系からの前記直線偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、前記光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置と、を備えたことを特徴とする。
この構成の本適用例では、プロジェクタが上述の光学系を備えるので、光源装置からの光を高効率で変換した直線偏光光を利用することができ、プロジェクタ全体としての光の利用効率を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態を図１から図３に基づいて説明する。
〔プロジェクタの構成〕
図１には、本実施形態の光学系を備えたプロジェクタの一例が示されている。図１において、プロジェクタ１は、外装筺体２と、投射光学装置としての投射レンズ３と、光学ユニット４等を備える。
光学ユニット４は、光源装置４１と、光学系としての均一照明光学装置４２と、色分離光学装置４３と、リレー光学装置４４と、光学装置４５と、これら光学部品４２〜４５を内部に収納配置する光学部品用筐体４６とを備える。
光源装置４１は、光源ランプ４１１と、リフレクタ４１２と、平行化レンズ４１３とを有しており、光源ランプ４１１から射出された放射状の光束をリフレクタ４１２にて反射させ、平行化レンズ４１３を介して平行光として射出する。
【００２６】
均一照明光学装置４２は、第１レンズアレイ４２１と、インテグレータレンズとしての第２レンズアレイ４２２と、偏光変換素子８と、重畳レンズ４２４とを備える。
第１レンズアレイ４２１は、入射光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する第１小レンズが、入射光軸に対し略直交する面内においてマトリクス状に配列された構成を有している。各第１小レンズは、光源装置４１から射出される光束を複数の部分光束に分割している。
第２レンズアレイ４２２は、第１レンズアレイ４２１と略同様な構成を有しており、第２小レンズがマトリクス状に配列された構成を有している。この第２レンズアレイ４２２は、重畳レンズ４２４とともに、第１レンズアレイ４２１の各第１小レンズの像を光学装置４５の後述する液晶パネル上に結像させる機能を有している。
第２レンズアレイ４２２と重畳レンズ４２４との間には偏光変換素子８が設置される。
【００２７】
色分離光学装置４３は、２枚のダイクロイックミラー４３１，４３２と、反射ミラー４３３とを備え、ダイクロイックミラー４３１，４３２により均一照明光学装置４２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している。
リレー光学装置４４は、入射側レンズ４４１、リレーレンズ４４３、および反射ミラー４４２，４４４を備え、色分離光学装置４３で分離された赤色光を光学装置４５の後述する赤色光用の液晶パネルまで導く機能を有している。
【００２８】
この際、色分離光学装置４３のダイクロイックミラー４３１では、均一照明光学装置４２から射出された光束の青色光成分が反射するとともに、赤色光成分と緑色光成分とが透過する。ダイクロイックミラー４３１によって反射した青色光は、反射ミラー４３３で反射し、フィールドレンズ４２５を通って光学装置４５の後述する青色光用の液晶パネルに達する。
このフィールドレンズ４２５は、第２レンズアレイ４２２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。他の緑色光用、赤色光用の液晶パネルの光束入射側に設けられたフィールドレンズ４２５も同様である。
【００２９】
ダイクロイックミラー４３１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光はダイクロイックミラー４３２によって反射し、フィールドレンズ４２５を通って光学装置４５の後述する緑色光用の液晶パネルに達する。一方、赤色光はダイクロイックミラー４３２を透過してリレー光学装置４４を通り、さらにフィールドレンズ４２５を通って光学装置４５の後述する赤色光用の液晶パネルに達する。
【００３０】
光学装置４５は、光変調装置としての３枚の液晶パネル４５１（赤色光用の液晶パネルを４５１Ｒ、緑色光用の液晶パネルを４５１Ｇ、青色光用の液晶パネルを４５１Ｂとする）と、これら液晶パネル４５１の光束入射側および光束射出側にそれぞれ配置される偏光素子９と、クロスダイクロイックプリズム４５４とを備える。
クロスダイクロイックプリズム４５４は、射出側偏光板９Ｂから射出された色光毎に変調された光学像を合成して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４５４で形成されたカラー画像は、上述した投射レンズ３によりスクリーン等へ拡大投射される。
【００３１】
〔光学系の構成〕
図２は、本実施形態における偏光変換素子８の概略図である。
図２に示される通り、偏光変換素子８は、互いに略平行な光入射面８Ａと光出射面８Ｂとが形成され、光出射面８Ｂに４５度の角度をもって複数の界面で設けられた複数の透光性基板８４と、複数の界面に交互に設けられた偏光分離膜８５及び反射膜８６と、偏光分離膜８５の光出射面８Ｂ側に設けられた位相差板８７と、透光性基板８４、偏光分離膜８５、反射膜８６および位相差板８７の界面に設けられた接着層８８と、を備える。
透光性基板８４は、断面三角形や断面平行四辺形の角柱部材から形成されており、界面を構成する斜面に偏光分離膜８５と反射膜８６とが交互に配置されている。
透光性基板８４を構成する材料としては、ＢＫ７等の光学ガラス、白板ガラス、ホウケイ酸ガラス、青板ガラスをはじめとするガラスを例示できる。
【００３２】
偏光分離膜８５は誘電体多層膜で形成され、入射した光線束（Ｓ偏光光とＰ偏光光）を、Ｓ偏光の部分光束（Ｓ偏光光）とＰ偏光の部分光束（Ｐ偏光光）とに分離し、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する機能を有する。
誘電体多層膜は、例えば、ＳｉＯ２よりなる低屈折率層と、ＭｇＦ２よりなる高屈折率層と、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の重量割合が１：３の混合物よりなる中屈折率層とが、所定の順序及び光学厚膜で形成された多層膜を例示できる。
反射膜８６は誘電体多層膜又は金属膜で形成され、反射膜８６に入射したＳ偏光光をそのまま反射する機能を有する。反射膜８６を構成する多層膜はＳｉＯ２よりなる低屈折率層とＴｉＯ２よりなる高屈折率層とが所定の順序及び光学厚膜で交互に形成された多層膜を例示できる。
【００３３】
位相差板８７は、厚さが例えば、２８μｍとされた短冊状の１／２波長板であり、偏光分離膜８５の光出射面８Ｂ側に密着固定されている。
位相差板８７は、ＳｉＯ２の単結晶からなる水晶によって形成されるシングルモード波長板であり、この水晶は人工水晶でも天然水晶でもよい。
図２に示される通り、偏光変換素子８は、透光性基板８４、偏光分離膜８５、反射膜８６、位相差板８７、接着層８８を１つのユニット８０とする繰返し構造を有する。
光入射面における１つのユニット８０の厚さは、位相差板８７の厚さ、一の位相差板８７と隣接する他の位相差板８７との間にある全ての透光性基板８４の厚さおよび全ての接着層８８の厚さを、それぞれｄ１、ｄ２、ｄ３とした場合に、
【００３４】
【数５】
2009210675.tif 000007
【００３５】
となる。
なお、偏光分離膜８５および反射膜８６は、非常に薄いので厚さ０と近似している。図２において、ｄ２=ｄ２１+ｄ２２、ｄ３＝ｄ３１＋ｄ３２＋ｄ３３である。
また、ｄ２１≦ｄ２２であることが望ましい。ｄ２１＞ｄ２２であると、偏光分離膜８５と反射膜８６で反射した光が光出射面８Ｂから出射する際、出射光の一部が光出射面８Ｂ付近の偏光分離膜８５で再び反射して迷光となりやすく、偏光変換効率を低下させる。
【００３６】
図３に、本実施形態における第２レンズアレイ４２２と偏光変換素子８の概略構成を示す。
図３に示すように、第２レンズアレイ４２２は、入射光軸方向から見て略矩形状の輪郭を有する第２小レンズ４２２Ａが、入射光軸に対し略直交する面内においてマトリクス状に配列された構成を有している。各第２小レンズ４２２Ａは、光源装置４１から射出される光束を複数の部分光束Ｐに分割している。
各第２小レンズ４２２Ａの光軸４２２Ｂは、ピッチが下記式（１）の条件を満たすように配列されている。また、部分光束Ｐが集光されるスポットＳが、偏光分離膜８５の略中心に位置するように配列されている。
【００３７】
【数６】
2009210675.tif 000008
【００３８】
図２を参照して、偏光の変換について説明する。
偏光分離膜８５は、偏光変換素子８に入射した光のうち三色波長帯のＳ偏光光を反射させるとともに、Ｐ偏光光を透過させる。反射されたＳ偏光光は、隣の反射膜８６で再度反射されて、重畳レンズ４２４（図１参照）に射出する。また、偏光分離膜８５を透過したＰ偏光光は、位相差板８７によりＳ偏光光に変換され、重畳レンズ４２４に射出する。
偏光変換素子８によって略１種類の偏光光（Ｓ偏光光）に変換された各部分光は、重畳レンズ４２４によって最終的に光学装置４５の後述する液晶パネル上にほぼ重畳される。偏光光を変調するタイプの液晶パネルを用いたプロジェクタでは、１種類の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源装置４１からの光の略半分を利用できない。このため、偏光変換素子８を用いることで、光源装置４１からの射出光を略１種類の偏光光に変換し、光学装置４５での光の利用効率を高めている。
【００３９】
従って、第１実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）複数の小レンズ４２２Ａの光軸４２２ＢのピッチＤを、光入射面におけるユニット８０の厚さに合わせているので、小レンズ４２２Ａからの部分光束Ｐの入射位置が、ユニット８０ごとにずれることがなく、部分光束Ｐが位相差板８７等に入射して変換効率が低下することを防止することができる。
すなわち、本実施形態の均一照明光学装置４２によれば、位相差板８７を透光性基板８４の界面に組み込んだ偏光変換素子８を用いて高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００４０】
（２）部分光束ＰのスポットＳが偏光分離膜８５の略中心に位置するので、全ての光をより確実に偏光分離膜８５に入射させることができ、より高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００４１】
（３）偏光分離膜８５で透過した偏光光は、１／２波長板である位相差板８７によって位相が変換された後、光出射面８Ｂから出射する。一方、偏光分離膜８５で反射された偏光光は、反射膜８６で反射され、光出射面８Ｂから出射する。これにより、偏光変換素子８から出射される光は、ＰまたはＳ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
【００４２】
（４）シングルモード波長板を位相差板８７として用いるので、幅広い波長領域の光に対応することができる。また、シングルモード波長板は、通常の波長板よりも薄いので、偏光変換素子８を小型化することができる。
【００４３】
（５）プロジェクタ１が光学系としての均一照明光学装置４２を備えるので、光源装置４１からの光を高効率で変換した直線偏光光を利用することができ、プロジェクタ１全体としての光の利用効率を大幅に向上することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。
第２実施形態は、第１実施形態とは第２レンズアレイ４２２の構造が相違するものであり、プロジェクタ１自体の構成は第１実施形態と同じである。
ここで、第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
【００４５】
図４は、本実施形態における第２レンズアレイ４２２と偏光変換素子８の概略構成図である。
図４に示される通り、本実施形態において第２レンズアレイ４２２の中心に位置するものを除いた第２小レンズ４２２Ａの光軸４２２Ｂは、第２小レンズ４２２Ａの中心からオフセットされている。そして、部分光束Ｐが集光されるスポットＳは、ピッチＤが下記式（２）の条件を満たすように配列されている。
また、スポットＳは、偏光分離膜８５の略中心に位置するように配列されている。
【００４６】
【数７】
2009210675.tif 000009
【００４７】
従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）に代えて以下の作用効果を奏することができる。
（６）部分光束ＰのスポットＳが光入射面におけるユニット８０の厚さに等しいピッチＤで配列されているので、第２小レンズ４２２Ａの光軸４２２Ｂが中心からオフセットされていても、部分光束Ｐの入射位置がユニット８０ごとにずれることがなく、部分光束Ｐが位相差板８７等に入射して変換効率が低下することを防止することができる。
よって、本実施形態によれば、位相差板８７を透光性基板８４の界面に組み込んだ偏光変換素子８を用いて高効率に直線偏光光を得ることができる。
【００４８】
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。
例えば、偏光変換素子８をプロジェクタ１に用いたが、本発明では、プロジェクタ１以外の装置、例えば、撮像装置等にも用いることができる。
また、光出射面８Ｂに反射防止膜等を形成してもよい。反射防止膜は、例えば蒸着等の手段により形成することができる。
【００４９】
上述の各実施形態では、偏光分離膜８５の光出射面８Ｂ側に位相差板８７（１／２波長板）を設ける構成を例示したが、これに限らず、反射膜８６の光出射面８Ｂ側に位相差板８７（１／４波長板）を設けてもよい。
この場合、偏光分離膜８５で透過した偏光光は、そのまま光出射面８Ｂから出射する。一方、偏光分離膜８５で反射された偏光光は、位相差板８７に入射し、反射膜で反射された後再び位相差板８７を通過して、位相が変換された状態で光出射面８Ｂから出射する。これにより、偏光変換素子８から出射される光は、ＰまたはＳ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
【００５０】
上述の各実施形態では、部分光束ＰのスポットＳが、偏光分離膜８５の略中心に位置する構成を例示したが、これに限らない。スポットＳが、偏光分離膜８５の中心以外の位置であっても、部分光束Ｐが偏光分離膜８５に入射してさえいれば、部分光束Ｐが位相差板８７等に入射して変換効率が低下することを防止することができる。
【００５１】
上述の各実施形態では、シングルモード波長板を位相差板８７として用いる構成を例示したが、これに限定されない。
通常の位相差板を用いた場合でも、第２小レンズ４２２Ａの光軸４２２ＢまたはスポットＳのピッチＤを、光入射面におけるユニット８０の厚さに合わせていれば、部分光束Ｐの入射位置がずれて変換効率が低下することを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、直線偏光光が得られる光学系、およびこの光学系を備えたプロジェクタとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるプロジェクタの概略構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における偏光変換素子を示す概略図。
【図３】第１実施形態における第２レンズアレイと偏光変換素子の概略構成を示す図。
【図４】第２実施形態における第２レンズアレイと偏光変換素子の概略構成を示す図。
【図５】従来の偏光変換素子を示す概略図。
【符号の説明】
【００５４】
１…プロジェクタ、３…投射レンズ（投射光学装置）、８…偏光変換素子、８４…透光性基板、８５…偏光分離膜、８６…反射膜、８７…位相差板、８８…接着層、４１…光源装置、４２…均一照明光学装置（光学系）、４５１…液晶パネル（光変調装置）
【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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