(57)【要約】【課題】出射側偏光板として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制する。【解決手段】出射側偏光板を、透過型液晶パネル側から順に、光路の光軸に対して直交して配置され、前期透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させると共に前記第１の偏光光に直交する第２の偏光光を回折させる複屈折回折格子型偏光分離素子と、前記光軸に直交して配置され、前記複屈折回折格子型偏光分離素子を透過した第１の偏光光を透過させると共に前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第２の偏光光を反射させる反射型偏光板とで構成する。【選択図】図６
2009300547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、
前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、
前記光学像を投射する投射レンズと
を備えた光学ユニットにおいて、
前記透過型液晶パネルを透過する光の出射側に、前記透過型液晶パネル側から順に、前記透過型液晶パネルを透過する光の光軸に対して直交して配置された複屈折回折格子型偏光分離素子と、
前記光軸に直交して配置された反射型偏光板と、
を設けることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、
前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、
前記光学像を投射する投射レンズと
を備えた光学ユニットにおいて、
前記透過型液晶パネルからの光が複屈折回折格子型偏光分離素子、反射型偏光板の順に透過するように設け、
前記透過型液晶パネル側からの光の光軸に対して直交するように前記複屈折回折格子型偏光分離素子、前記反射型偏光板が配置されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、前記透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させ、また、前記第１の偏光光に直交する第２の偏光光を回折させることを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射型偏光板は、前記透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させ、また、前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第２の偏光光を反射させることを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板とは所定の間隔をおいて設けられることを特徴とする光学ユニット。
【請求項６】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、無機偏光分離素子であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記反射型偏光板は無機偏光板であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の光学ユニットと、
前記光学ユニットの透過型液晶パネルを駆動する駆動回路と、
前記光学ユニットを冷却する冷却用ファンとを備えること
を特徴とする投射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光にて光学像を投射する光学ユニット、およびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光をライトバルブで映像信号に応じて光強度変調し、形成された光学像を拡大して投射する光学ブロックである光学ユニットを、駆動回路，電源回路や冷却用ファンなどと共に筐体内に収納した投射型表示装置が知られている。
【０００３】
投射型表示装置では、ライトバブルとして透過型液晶パネル（以下、単に、「液晶パネル」という）を用いる場合、一般に、液晶パネルの前後（光入射側および光出射側）に偏光方向が異なる（例えば直交する）偏光板が設けられる。そして、該偏光板には、従来、許容温度の低い、例えばヨウ素や染料分子を含む高分子フィルムを一軸延伸した一軸延伸型の有機フィルム製の吸収型偏光板が使用されている。この吸収型偏光板は、不要な偏光光を吸収し発熱するので、耐熱温度の低い液晶パネルと共に冷却ファンで冷却され、信頼性の向上が図られている。しかし、液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光板は、黒表示の場合大部分の光を吸収することになるので、その耐熱性が大きな課題となっている。特に、近年のプロジェタには、小型化を図りながら高輝度化、長寿命化の実現が求められており、出射側偏光板における耐熱性の課題が益々大きくなってきている。
【０００４】
この課題を解決する一手段として、出射側偏光板に反射型偏光板を用い、光路の光軸に対して略４５度傾斜させて配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。反射型偏光板は、不要な偏光光を反射させ、ほとんど光吸収しないので、信頼性を確保することができる。
【０００５】
また、課題を解決する他の一手段として、出射側偏光板に、不要偏光光を吸収せず信頼性に優れた、ガラス基板にホログラムを形成したホログラム偏光分離素子（体積位相型回折偏光分離素子ともいう）を用いる技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９５６６０号公報
【特許文献２】特開平１１−２７１５３３号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、液晶パネルに内蔵されているＴＦＴ（Thin Film Transistor）に光電効果を生じさせる液晶パネルへの戻り光を低減するために、反射型偏光板を光路の光軸に傾斜して配置している。このため、反射型偏光板を透過する偏光光において、反射型偏光素子を支持する透光性基板で非点収差が生じる。この非点収差は、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）に劣化（例えばボゲ）を生じさせることになる。非点収差は、例えば、特許文献１の図６に示されるように、出射側偏光板の傾きに対して９０度ねじれた方向に傾いた平行平面板の非点収差補正ガラスを配置することで、キャンセルすることができる。しかしながら、反射型偏光板の傾斜配置に加えて、非点収差補正ガラスも傾斜配置するになるので、投射レンズ後玉後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスがより長くなり、投射レンズの大型化を招くという新たな課題が生じる。
【０００８】
特許文献２では、液晶パネルからホログラム偏光分離素子（体積位相型回折偏光分離素子）に垂直に入射した光の内、不要偏光光をホログラムで光軸（ホログラム偏光分離素子の法線に平行）に対して所定角度斜めに回折（例えば、Ｓ偏光光を回折させる場合には回折角θSは４８．２°）させ、回折させた不要偏光光をガラス基板の光出射面（空気との界面）で全反射させて、不要偏光光がホログラム偏光分離素子の光出射側から出射するのを阻止している。つまり、同文献の図１から明らかなように、ガラス基板の出射面で全反射した不要偏光光をガラス基板の側面から出射させるように意図している。同文献の実施例では、ホログラム偏光分離素子が光軸に直交して配置されているため、上記した非点収差を低減しながら、バックフォーカスを短くすることができる。
しかしながら、ガラス基板が薄い（例えば１ｍｍ程度）場合、本特許文献の意図とは異なり、ホログラムで回折され、ガラス基板の光出射面で反射された不要偏光光は、元の回折ポイントから距離的に近い近傍のホログラムに再入射することになると考えられる。例えば、ガラス基板の厚さを１ｍｍとし、Ｓ偏光光を回折させる場合、本特許文献では回折角θSは４８．２°なので、元の回折ポイントから僅か約２．２ｍｍしか離れてない箇所に再入射することになる。この再入射した不要偏光光はホログラムで回折されて液晶パネルへの戻り光となり、画質の劣化を招く恐れがある。また、特許文献２の図７に示されるように、コントラストを向上させるために、出射側偏光板を、ホログラム偏光分離素子に吸収型偏光板を加えた構成とすると、ホログラム偏光分離素子を透過した不要偏光光が吸収型偏光板に吸収されることになる。出射側偏光板は、黒表示を行う場合、液晶パネルから出射される光（不要偏光光）を光出射側に出射させないようにしなければならない。一方で、投射型表示装置では、高輝度で小型化が要求されており、ホログラム偏光分離素子の後段に配置される吸収型偏光板であっても、相当の発熱が生じ、吸収型偏光板の信頼性が劣化する恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、その目的は、出射側偏光板として吸収型偏光板に代えて反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題点を解決するために、本発明による光学ユニットでは、透過型液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光板を、前記透過型液晶パネル側から順に、光路の光軸に対して直交して配置され、前記透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させると共に前記第１の偏光光に直交する第２の偏光光を回折させる複屈折回折格子型偏光分離素子と、前記光軸に直交して配置され、前記複屈折回折格子型偏光分離素子を透過した第１の偏光光を透過させると共に前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第２の偏光光を反射させる反射型偏光板とで構成する。そして、前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板を所定の間隔をおいて配置する。
【００１１】
上記のように、本発明では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収による発熱がほとんどない複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いるので、出射側偏光板の信頼性を向上させることができる。また、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板とを共に光路の光軸に直交するように配置するので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を抑えることができる。また、透過型液晶パネルと反射型偏光板との間に透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させると共に前記第１の偏光光に直交する第２の偏光光を回折させる複屈折回折格子型偏光分離素子を配置する構成なので、複屈折回折格子型偏光分離素子で回折され、光軸に対して傾斜する光とされた第２の偏光光を反射型偏光板で光軸に対して斜めに反射させることができる。この際、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板との間は所定の間隔とされているので、反射型偏光板で反射された第２の偏光光を複屈折回折格子型偏光分離素子に再入射しないようにすることができ、結果として透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、前段に複屈折回折格子型偏光分離素子を配置し、後段に反射型偏光板を配置する構成なので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。
【００１２】
また、上記構成を別の表現にて、以下に記載する。
【００１３】
所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、前記光学像を投射する投射レンズとを備えた光学ユニットにおいて、前記透過型液晶パネルを透過する光の出射側に、前記透過型液晶パネル側から順に、前記透過型液晶パネルを透過する光の光軸に対して直交して配置された複屈折回折格子型偏光分離素子と、前記光軸に直交して配置された反射型偏光板と、を設けるようにする。
【００１４】
また、所定の偏光光を出射する照明光学ユニットと、前記所定の偏光光を光学像に光変調して出射する透過型液晶パネルと、前記光学像を投射する投射レンズとを備えた光学ユニットにおいて、前記透過型液晶パネルからの光が複屈折回折格子型偏光分離素子、反射型偏光板の順に透過するように設け、前記透過型液晶パネル側からの光の光軸に対して直交するように前記複屈折回折格子型偏光分離素子、前記反射型偏光板が配置されようにする。
【００１５】
また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子は、前記透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させ、また、前記第１の偏光光に直交する第２の偏光光を回折させるようにする。
【００１６】
また、前記光学ユニットは、前記反射型偏光板は、前記透過型液晶パネルから入射する第１の偏光光を透過させ、また、前記複屈折回折格子型偏光分離素子で回折された第２の偏光光を反射させることを特徴とするようにする。
【００１７】
また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子と前記反射型偏光板は所定の間隔をおいて設けるようにする。
【００１８】
また、前記光学ユニットは、前記複屈折回折格子型偏光分離素子が、無機偏光分離素子とするようにする。  また、前記光学ユニットは、前記反射型偏光板が無機偏光板であるようにする。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように、本発明によれば、出射側偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる光学ユニットおよびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の最良の形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。
【００２１】
本発明は、液晶パネルの光出射側に設けられる出射側偏光板を、順に配置された複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板とで構成することに特徴がある。
【実施例１】
【００２２】
まず、本実施例に係わる光学ユニットの光学系について述べ、その後、本実施例による出射側偏光板の詳細構成について説明するものとする。
【００２３】
図１は、本実施例に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図である。なお、図１において、各色光の光路に配置されている要素を区別する際には符号の後に色光を表すＲ，Ｇ，Ｂを添えて示し、区別する必要がない場合には、色光の添え字を省略する。また、偏光方向を明確にするため、ローカル右手直角座標系を導入しておく。すなわち、光軸１０１をＺ軸として、Ｚ軸に直交する面内で、図１紙面に平行な軸をＹ軸とし、図紙面裏から表に向かう軸をＸ軸とする。また、便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ方向」，Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ方向」と呼ぶものとする。また、説明の都合上、偏光方向がＸ方向の偏光光を「Ｘ偏光光」といい、偏光方向がＹ方向の偏光光を「Ｙ偏光光」というものとする。
【００２４】
図１において、投射型液晶表示装置の光学系は、照明光学系１００と、光分離光学系１３０と、リレー光学系１４０と、３つのフィールドレンズ２９（２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂ）と、３つの透過型の液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）と、光合成手段である光合成プリズム２００と、投射手段である投射レンズ３００とを備えている。液晶パネル６０は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光板として、複屈折回折格子型偏光分離素子７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）とを備えている。そして、これらの光学素子は、基体５５０に装着されて、光学ユニット５００を構成し、該光学ユニット５００は、液晶パネル６０を駆動する駆動回路５７０、液晶パネル６０などを冷却する冷却用ファン５８０、照明光学系１００に含まれる光源ユニット１０，冷却用ファン５８０，駆動回路５７０やその他の図示しない各回路に電力を供給する電源回路５６０とともに、図示しない筐体に搭載され、投射型液晶表示装置を構成する。
【００２５】
映像表示素子である液晶パネル６０を均一に照射する照明光学系１００は、略白色光を射出するランプ（光源ともいう）１１およびリフレクタ１２（ここでは放物面リフレクタ）からなる光源ユニット１０と、オプチカルインテグレータを構成する第１のアレイレンズ２１および第２のアレイレンズ２２と、偏光変換素子２５と、集光レンズ（重畳レンズともいう）２７を含んでなる。また、照明光学系１００からの略白色光を例えば光の３原色光に光分離する光分離光学系１３０は、２つのダイクロイックミラー３１，３２と、光路方向を変える反射ミラー３３とを有している。また、リレー光学系１４０は、フィールドレンズである第１リレーレンズ４１と、リレーレンズである第２リレーレンズ４２と、光路方向を変える２つの反射ミラー４５，４６とを含んでなる。
【００２６】
ランプ１１は、超高圧水銀ランプ，メタルハライドランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色ランプである。リフレクタ１２は、ランプ１１を背後側から覆うように配置された、例えば回転放物面形状の反射面を有するもので、円形ないし、多角形の出射開口を持つ。
【００２７】
ランプ１１から射出された光は、例えば回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２によって反射され、光軸１０１に略平行となり、光源ユニット１０から略平行の光束が射出される。光源ユニット１０から射出された光は、偏光変換インテグレータに入射する。
【００２８】
偏光変換インテグレータは、第１のアレイレンズ２１と第２のアレイレンズ２２からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２５とで構成される。
【００２９】
第１のアレイレンズ２１は、照明光軸方向から見て液晶パネルとほぼ相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリクス状に配設されたもので、光源ユニット１０から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ２２と偏光変換素子２５を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ２１は、ランプ１１と第２のアレイレンズ２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。
【００３０】
第１のアレイレンズ２１と同様に、照明光軸方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有する第２のアレイレンズ２２は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ２１のレンズセルの形状を液晶パネル６０に投影（写像）する。
【００３１】
この時、偏光変換素子２５で第２のアレイレンズ２２からの光は所定の偏光方向例えば直線偏光光のＸ偏光光（光軸１０１に直交する面内で偏光方向が図１紙面に垂直なＸ方向の光）に揃えられる。そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ２７、およびフィールドレンズ２９Ｇ，２９Ｂ，リレー光学系１４０，フィールドレンズ２９Ｒにより各液晶パネル６０上に重ね合わせられる。
【００３２】
なお、第２のアレイレンズ２２とこれに近接して配設される集光レンズ２７とは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルと液晶パネル６０とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ２１で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ２２と集光レンズ２７によって、液晶パネル６０上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。
【００３３】
以上述べたように、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２，偏光変換素子２５とで構成された偏光変換インテグレータは、ランプ（光源）からの偏光方向がランダムな光を所定偏光方向（ここではＸ偏光光）に揃えながら、液晶パネルを均一照明することができる。
【００３４】
照明光学系１００から射出された光（略白色光）は、光分離光学系１３０に入射する。光分離光学系１３０は、照明光学系１００からの略白色光を光の３原色の色光に光分離する。例えば第１の色光であるＢ光(青色帯域の光)と、第２の色光であるＧ光(緑色帯域の光)と、第３の色光であるＲ光(赤色帯域の光)とに分光する。そして、光分離した各色光を対応する液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）に向かうそれぞれの光路（第１の色光のＢ光路，第２の色光のＧ光路，第３の色光のＲ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー３１により、例えばＢ光は反射され、対応する液晶パネル６０Ｂ（Ｂ光路）に向かう。また、Ｇ光およびＲ光は、ダイクロイックミラー３１を透過し、ダイクロイックミラー３２によりＧ光とＲ光に分離される。ここでは、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して対応する液晶パネル６０Ｇ（Ｇ光路）に向かい、Ｒ光はダイクロイックミラー３２を透過して対応する液晶パネル６０Ｒ（Ｒ光路）に向かう。
【００３５】
光分離光学系１３０の各光路について具体的に述べる。
【００３６】
ダイクロイックミラー３１を反射したＢ光は、反射ミラー３３を反射して、フィールドレンズ２９Ｂ、入射側偏光板５０Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する。
【００３７】
一方、ダイクロイックミラー３１を透過したＧ光およびＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して、フィールドレンズ２９Ｇ，入射側偏光板５０Ｇを通して、Ｇ光用液晶パネル６０Ｇに入射する。
【００３８】
また、Ｒ光は、ダイクロイックミラー３２を透過し、リレー光学系１４０に入射する。リレー光学系１４０に入射したＲ光は、フィールドレンズの第１リレーレンズ４１によって、反射ミラー４５を経て、第２リレーレンズ４２の近傍に集光（収束）し、フィールドレンズ２９Ｒに向けて発散する。そして、反射ミラー４６を経てフィールドレンズ２９Ｒに入射し、フィールドレンズ２９Ｒで光軸にほぼ平行とされ、入射側偏光板５０Ｒを通過して、Ｒ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する。
【００３９】
液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光板として、複屈折回折格子型偏光分離素子７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）を備える。
【００４０】
各液晶パネル６０は、Ｘ方向を透過軸とする入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）により偏光度が高められた光分離光学系１３０から入射するＸ偏光の色光を、駆動回路５７０で駆動されて、図示しないカラー映像信号に応じて変調（光強度変調）し、各色光の例えばＹ偏光の光学像を形成する。そして、Ｙ偏光の各光学像は、Ｙ方向を透過軸とする複屈折回折格子型偏光分離素子７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）により不要な偏光光成分（ここでは第２の偏光光としてのＸ偏光光）が除去されてコントラストが高められ、光合成手段としての光合成プリズム２００に入射する。この時、Ｂ光路およびＲ光路では、反射型無機偏光板８０Ｂ，８０Ｒと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられている。従って、Ｙ偏光のＢ光およびＲ光の光学像はＸ偏光（光合成プリズム２００の色合成を行うダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像とされて、Ｙ偏光（光合成プリズム２００のダイクロイック膜面に対してＰ偏光）のＧ光の光学像と共に、光合成プリズム２００で効率よく光合成される。
【００４１】
光合成プリズム２００は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｒとが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。そして、３色光の各光学像を合成してカラー映像光（画像光）とする機能を有する。光合成プリズムでは、一般に、光利用効率の向上の点から、ダイクロイック膜２１０の面に対してＧ光をＰ偏光光、Ｒ光とＢ光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成が用いられる。液晶パネル６０からの光の内、複屈折回折格子型偏光分離素子７０および反射型無機偏光板８０を透過する偏光光は第１の偏光光としてのＹ偏光光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）である。そこで、Ｂ光路とＲ光路には１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられ、Ｘ偏光光（Ｓ偏光光）とされている。光合成プリズム２００の３つの入射面の内、対向する入射面に入射したＢ光とＲ光（ダイクロイック膜面に対してＳ偏光光）は、クロスしたＢ光用のダイクロイック膜２１０ｂおよびＲ光用のダイクロイック膜２１０ｒでそれぞれ反射され、また、中央の入射面に入射したＧ光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）は直進して、光合成され、出射面から出射する。その後、例えばズームレンズであるような投射レンズ３００によって、スクリーン（図示せず）に投影される。
【００４２】
冷却用ファン５８０は、例えば入射側偏光板５０，複屈折回折格子型偏光分離素子７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０等で光源ユニット１０からの照射光の一部を吸収して生じる熱を、空気の流れ（風）を図示しない冷却用ダクトを介して送風し、入射側偏光板５０，複屈折回折格子型偏光分離素子７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０への流路５８５を形成して冷却する。本実施例では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収による発熱が少なく、耐熱性，耐ＵＶ性に優れる無機の複屈折回折格子型偏光分離素子７０および反射型無機偏光板８０を用いている（詳細は後述する）。従って、複屈折回折格子型偏光分離素子７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０への風量を増やすようにすることができる。このようにすれば、高輝度化に伴う冷却用ファンの能力の増大を招くことなく、入射側偏光板５０や液晶パネル６０を効率的に冷却することが可能となる。
【００４３】
なお、リレー光学系１４０は、光源からＢ光用液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）および光源からＧ光用液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源からＲ光用液晶パネル６０Ｒまでの光路長（Ｒ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。
【００４４】
ここで、リレー光学系１４０について少し述べておく。
【００４５】
Ｒ光路上の第１リレーレンズ４１の近傍には、照明光学系１００により第１のアレイレンズ２１の各レンズセル像が重畳した仮想の液晶表示像（図示せず）が結像する。この仮想液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒにリレー（写像）するのがリレー光学系１４０の目的である。すなわち、リレー光学系１４０の第２リレーレンズ４２は、仮想液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒ上に写像する。つまり、仮想液晶表示像と液晶パネル６０Ｒは、物と像の関係にある。また、リレー光学系１４０のフィールドレンズである第１リレーレンズ４１は、液晶パネル６０Ｒ上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想液晶表示像を通過した光を第２リレーレンズ４２近傍に集光する。第２リレーレンズ４２近傍には第２のアレイレンズ２２上に形成された、複数のアーク像（２次光源像）が形成される。つまり、第２のアレイレンズ２２と第２リレーレンズ４２は物と像の関係にある。
【００４６】
次に、本実施例による出射側偏光板について説明する。本実施例では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収が少なく発熱が無視でき、光軸に直交して配置できる、複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いる。ここで用いる複屈折回折格子型偏光分離素子は、液晶パネルから光軸に略平行に入射する光に含まれる所定偏光光（直線偏光光）をそのまま透過させ、これに直交する他方の偏光光（直線偏光光）を回折させて光軸に傾斜（交差）させて射出させるものである。
【００４７】
まず、反射型偏光板から説明する。反射型偏光板は、第１の偏光光としての透過軸方向の偏光光を透過させ、透過軸と直交する第２の偏光光としての反射軸方向の偏光光を反射させるものである。反射型偏光板としては、例えば、有機材料からなるフィルム多層積層型偏光板（一例として３Ｍ社製の反射型偏光フィルムＤ−ＢＥＦ（商品名）など）や、無機材料からなる反射型無機偏光板などを用いることができる。ここでは、耐熱性や耐光性を考慮して、反射型無機偏光板を用いるものとする。しかし、これに限定するものではない。
反射型無機偏光板は、所定方向に沿って光の波長の例えば１／２程度の周期を持つ微細構造体を備える反射型偏光板である。例えば特開２００７−３３７４６号公報などに記載のワイヤグリッド型偏光板や、例えば特開２００６−３３７８６０号公報などに記載されているフォトニック結晶構造（屈折率の周期構造を有する微細構造体）を備えた偏光板がある。これらの反射型無機偏光板は、大きな基板に無機材料を塗布してから、所望の大きさに切り出す製法であるため、大型化が容易であり、偏光ガラスより比較的価格が易いという利点がある。なお、反射型無機偏光板は、構造複屈折型偏光板と総称される場合もある（例えば、特開２００７−１０２２４６号公報参照）。
【００４８】
図５は、反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図である。同図（ａ）はワイヤグリッド型偏光板の斜視図、同図（ｂ）はフォトニック結晶構造を備えた偏光板の斜視図である。
【００４９】
図５（ａ）において、ワイヤグリッド型の反射型無機偏光板８０は、透光性基板（例えばガラス基板）８１上に、Ｘ方向に延びたストライプ状の金属薄膜（以下、「ワイヤグリッド」と称する）８２を、溝８３を介して周期的に配列したもので、該周期は光の波長より小さい（例えば光の波長の数分の一から十分の一程度）。ワイヤグリッド型反射型無機偏光板に入射光Ｌ８００が入射すると、偏光方向がワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射されて反射光Ｌ８０２となり、また、ワイヤグリッド８２に直交する偏光方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過して、透過光Ｌ８０１となる。つまり、ワイヤグリッド８２に直交する方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過し、ワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射される。すなわち、ワイヤグリッド８２に直交する方向はワイヤグリッド型反射型無機偏光板の透過軸（偏光軸）方向となる。この例として、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（商品名）がある。なお、透過軸方向に直交するワイヤグリッド８２に平行な方向を反射軸方向という。
【００５０】
また、図５（ｂ）において、フォトニック結晶構造を有する反射型無機偏光板８０は、波長の１／４〜１／２のピッチで形成されたライン／スペース形状の溝を有する透光性基板８１、および透光性基板８１の溝を埋めると共に溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部を備えた調整層８５を有し、調整層８５の上に透明な高屈折率の媒質からなる複数の高屈折率層８６と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層８７が交互に積層されている。高屈折率層８６および低屈折率層８７は、調整層８５の溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部の形状に合わせて、短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する。このように、光の波長よりも十分に小さいピッチで短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する高屈折率層８６および低屈折率層８７の積層体に、入射光Ｌ８００が入射すると、高屈折率層８６および低屈折率層８７の長手方向（Ｘ方向）に平行な偏光方向を有するＸ偏光光Ｌ８００ｘは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができず反射される。一方、高屈折率層８６および低屈折率層８７の短手方向（Ｙ方向）に平行な偏光方向を有するＹ偏光光Ｌ８００ｙは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができる。このようにして、互いに直交する偏光方向を有する光は、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０によって２つの直交する偏光光に分離される。
【００５１】
このように、反射型無機偏光板は透過軸方向の偏光光を透過させ、これと直交する偏光光を反射させる。従って、吸収型偏光板と異なり、ほとんど光を吸収せず、発熱量も極僅かで、温度上昇は非常に小さい。また、反射型無機偏光板は無機材料で構成されているので、耐熱温度が高く、寿命特性に優れているといえる。なお、反射型無機偏光板は、入射光を直交する２つの偏光光（透過する偏光光と反射される偏光光）に分離する偏光分離作用を有しているので、偏光分離素子としても用いることができる。
【００５２】
しかしながら、液晶パネルの光出射側に光軸に直交するようにして反射型無機偏光板８０を配置すると、反射型無機偏光板８０で反射された不要偏光光が液晶パネル６０に戻り、液晶パネル６０に内蔵されているＴＦＴ（図示せず）に光電効果を生じさせ、画質劣化を招くことになる。そこで、本実施例では、液晶パネル６０と反射型無機偏光板８０との間に回折偏光分離素子である例えば複屈折回折格子型偏光分離素子７０を配置する。詳細は図６で後述するが、複屈折回折格子型偏光分離素子７０は、不要偏光光を光軸に対して傾斜するように回折させる。従って、光軸に対して傾斜した不要偏光光は、反射型無機偏光板８０で光軸に対して斜めに反射され、液晶パネル６０に戻らないので、画質劣化をなくすことができる。
【００５３】
次に、複屈折回折格子型偏光分離素子について説明する。複屈折回折格子型偏光分離素子にも有機のものと、無機のものがあるが、反射型偏光板と同様に、ここでは、耐熱性や耐光性を考慮して、無機の複屈折回折格子型偏光分離素子を用いるものとする。しかし、これに限定するものではない。
図２は、本実施例に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図で、液晶パネルの長辺に平行なＹＺ面における断面図である。図３は、図２の複屈折回折格子型偏光分離素子の要部を部分的に拡大して示す拡大断面図である。図４は、複屈折回折格子型偏光分離素子の形成工程を説明する説明図である。なお、図３において、Ｘ偏光光は偏光方向が図紙面に垂直なので、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００５４】
図２，図３に示すように、複屈折回折格子型偏光分離素子７０は、透光性基板としてのガラス基板７２と、ガラス基板７２上にＸ方向に延伸する格子７３ａがＹ方向に周期ｄで繰り返して配置され、凹凸の一方向周期的構造が形成された複屈折膜（異方性膜ともいう）７３と、複屈折膜７３を被覆する等方性のオーバーコート層７４で構成されている。なお、ｈは格子７３ａの高さである。
ここで、複屈折回折格子型偏光分離素子７０に液晶パネル６０からの光Ｌ６０が、光路の光軸１０１に沿って、ほぼ垂直にＺ軸方向に入射するものとする。光Ｌ６０は、Ｚ軸に直交する面内で、偏光方向が格子７３ａの延伸方向（すなわち、Ｘ方向）に平行な第２の偏光光としてのＸ偏光光（Ｓ偏光光）Ｌ６０ｘと、偏光方向が格子７３ａの延伸方向に直交する方向（すなわち、Ｙ方向）の第１の偏光光としてのＹ偏光光（Ｐ偏光光）Ｌ６０ｙとからなるものである。
【００５５】
光Ｌ６０が複屈折回折格子型偏光分離素子７０に入射すると、複屈折回折格子型偏光分離素子７０は、後述する条件を満足する場合、図２から明らかなように、光Ｌ６０の内、偏光方向が格子７３ａの延伸方向に直交する方向の第１の偏光光であるＹ偏光光Ｌ６０ｙを０次光としてそのまま直進させる。また、偏光方向が格子７３ａの延伸方向に平行な第２の偏光光であるＸ偏光光Ｌ６０ｘを±１次光として格子７３ａの延伸方向に直交する方向（すなわち、Ｙ方向）に回折させ、光軸に対して傾斜させて出射させる（図２のθｓはＸ偏光光の回折角である）。すなわち、複屈折回折格子型偏光分離素子７０は、入射した光Ｌ６０を、光軸に対して斜めに射出する回折光であるＸ偏光光Ｌ６０ｘと、そのまま透過する直進光であるＹ偏光光Ｌ６０ｙとに分離する。なお、格子７３ａに直交する方向は複屈折回折格子型偏光分離素子７０の透過軸方向といえる。
次に、複屈折回折格子型偏光分離素子７０がＸ偏光光L６０xを回折させる条件について述べる。
複屈折膜７３の格子７３ａのＸ偏光光Ｌ６０ｘに対する屈折率をｎx、Ｙ偏光光Ｌ６０ｙに対する屈折率をｎy、等方性のオーバーコート層７４の屈折率をｎ1とすると、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、各偏光光において、次式で表される。
（数１）
Ｙ偏光光：Δｙ＝（ｎy−ｎ1）ｈ  
（数２）
Ｘ偏光光：Δｘ＝（ｎx−ｎ1）ｈ  
従って、Ｙ偏光光Ｌ６０ｙが直進し、Ｘ偏光光Ｌ６０ｘが回折されるための条件は、次式が成立することが必要である。
（数３）
Δｙ＝ｍλ                
（数４）
Δｘ＝（ｍ±１／２）λ    
但し、λは光の波長、ｍは次数で整数である。
ここで、数３の式は、Ｙ偏光光Ｌ６０ｙにおける光路差が波長λの整数倍となり、光路Ａを通るＹ偏光光と光路Ｂを通るＹ偏光光が干渉により強め合い、格子通過後も０次光として直進する条件である。また数４の式は、Ｘ偏光光Ｌ６０ｘにおける光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光（０次光成分）がなくなり、全て回折光となる条件である。つまり、干渉により直進成分は打ち消し合い、Ｘ偏光光は回折光となる。よって、０次と１次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには数３，数４の式を満足していることが必要である。ただし、実用的には数３，数４の式を厳密に満足していなくても、略数３，数４の式近傍の条件になるように複屈折膜７３の屈折率ｎy，ｎx、オーバーコート層４の屈折率ｎ1 、複屈折膜７３の高さｈ、次数ｍを設定することになる。
【００５６】
次に、複屈折回折格子型偏光分離素子７０の一製造方法について図４を用いて説明する。先ず、図４（ａ）に示されるように、ガラス基板７２の上に、例えば、公知の斜め蒸着法により複屈折膜７３を形成する。複屈折膜７３の材料としては、斜め蒸着法により成膜することが可能な無機物質からなる誘電体材料、例えば、Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2などを挙げることができる。しかし、これらに限定されるものではなく、斜め蒸着法により複屈折性（光学的異方性）をもたらすことができる無機材料ならば、種々の材料を用いることができる。斜め蒸着法は、金属酸化物等の無機材料を基板に対して斜めの方向から蒸着させる蒸着方法である。この方法により形成された蒸着膜は基板に対して傾いた繊維状の柱状構造、すなわち異方性の構造を有し、傾斜方向の直線偏光に対する屈折率と直交する方向の直線偏光に対する屈折率との間に差が生じる。これによって形成された蒸着膜は複屈折性を帯びる。この方法に用いる装置は電子ビーム加熱による真空蒸着装置などの通常の真空装置を用いることができ、該装置内に基板を傾けて設置して蒸着操作を行う。かかる蒸着法は、例えば、APPLIED OPTICS、Vol.28, NO.13,2466-2482 頁(1989 年)や、表面技術，Vol.46，No.7，1995，P.32〜35「位相差膜」などに詳細に記述されているので、これ以上の説明を省略する。
【００５７】
次に、図４（ｂ）のように、複屈折膜７３の上にフォトレジスト７６をコーティングする。そして、このフォトレジスト７６に周期的パターンを露光する。このときはマスクによる密着露光でもよいし、投影露光でもよい。この他、電子線露光、あるいはレーザ光による干渉露光でもよい。露光後、フォトレジストを現像し、図４（ｃ）のように、フォトレジスト７６による周期的格子パターンを得る。次に、図９（ｄ）のように、フォトレジスト７６をエッチングマスクとして複屈折膜７３をエッチングする。エッチング法としては公知のドライエッチングあるいはウェットエッチングで行える。次に、図４（ｅ）のように、フォトレジスト７６を溶剤あるいはプラズマによるアッシングで取り除く。そして、図４（ｆ）のように、周期的格子構造を有する複屈折膜７３の上に、誘電体（例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮなど）を真空蒸着、またはスパッタリングして、等方性のオーバーコート層７４を形成する。
【００５８】
次に、本実施例による出射側偏光板の詳細構成について説明する。出射側偏光板の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、ここでは代表的にＧ光路の出射側偏光板の構成を用いて説明する。
【００５９】
図６は、本実施例による出射側偏光板の構成を説明する図、同図（ａ）はＧ光路の出射側偏光板の斜視図、同図（ｂ）はＧ光路の出射側偏光板をＸ方向から見た平面視図である。なお、図６において、液晶パネルの長辺に平行な方向をＹ方向とし、液晶パネルの短辺に平行な方向をＸ方向とする。また、複屈折回折格子型偏光分離素子の格子の延伸方向をＸ方向とする。また、図６（ｂ）において、Ｘ偏光光の偏光方向が図紙面に垂直となるので、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００６０】
図６に示すように、本実施例では、出射側偏光板は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する（つまり、Ｙ偏光光を透過させる）複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇは、所定の間隔Ｔをおいて光路の光軸に対して直交するように配置されている。従って、特許文献１とは異なり、バックフォーカスを短くすることができる。また、液晶パネル６０Ｇから射出された光の内、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇを透過する透過光（ここではＹ偏光光）は、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇの面をほぼ垂直に透過するので、非点収差が生じない。
【００６１】
図６において、上記構成の出射側偏光板に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。
複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光方向が透過軸方向のＰ偏光光となるＹ偏光光（第１の偏光光）ＬＧ６０ｙは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇを透過し、反射型無機偏光板８０Ｇを透過し、光合成プリズム２００に入射する。
一方、透過軸方向に直交するＳ偏光光となるＸ偏光光（第２の偏光光）ＬＧ６０ｘは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇで格子７３ａの延伸方向（Ｘ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）に回折され、光軸に傾斜する±１次光の斜め光となり、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する。Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ方向）なので、反射型無機偏光板８０Ｇで光軸側とは逆側（外側）に斜めに反射される。反射された斜め光のＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇに向かうが、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとは例えば次式を満足する所定の距離Ｔで隔てられている。但し、θsはＸ偏光光（ここではＳ偏光光）の回折角、Ｍは液晶パネルの長辺の長さである。
【００６２】
【数５】
2009300547.tif 000003
従って、大部分は複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇには再入射せず、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ｇの側端部の外側を通り、光学ユニット内部で吸収されることになる。すなわち、反射型無機偏光板８０Ｇで反射されたＸ偏光光ＬＧ６０ｘが液晶パネル６０Ｇに戻ることがないので、画質劣化を招く懸念はない。
これに対して、特許文献２のホログラム偏光分離素子は、ホログラムで回折された不要偏光光をホログラムの基板であるガラス基板の光出射面で全反射させている。そのため、本実施例とは異なり、回折面（ホログラム）と反射面（ガラス基板の光出射面）との間の距離が十分確保されてない場合、つまり、ガラス基板の厚さが薄い場合、回折された後ガラス基板の光出射側で全反射された回折光は、元の回折ポイントから距離的に近い位置近傍のホログラム領域に再入射することになる。従って、従来技術では、再入射光による液晶パネルへの戻り光が生じることになり、画質を劣化させる懸念がある。
【００６３】
以上述べたように、本実施例では、出射側偏光板として、不要偏光光の吸収による発熱がほとんどない複屈折回折格子型偏光分離素子および反射型偏光板を用いたので、出射側偏光板の信頼性を向上させることができる。特に、複屈折回折格子型偏光分離素子と反射型偏光板に無機タイプを用いれば、より信頼性を高めることができる。また、複屈折回折格子型偏光分離素子７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）と反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）とが光路の光軸に直交するように配置されている。従って、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、複屈折回折格子型偏光分離素子７０と反射型無機偏光板とが光路に沿って順に所定の間隔をおいて配置されているので、複屈折回折格子型偏光分離素子７０で回折された偏光光を反射型無機偏光板で反射させても液晶パネル６０への戻り光を抑えることができる。従って、液晶パネルに内蔵されているＴＦＴの誤動作を低減することができので、液晶パネルの画質劣化を抑えることができる。また、不要な偏光光が２枚の偏光板でそれぞれ除去されるので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。また、出射側偏光板が共に無機偏光板なので温度上昇による信頼性の低下を抑制することができる。これにより、冷却用ファン５８０から偏光ガラス７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０に送風する風量を増やすようにすることができる。
【００６４】
なお、本実施例では、光路の光軸に直交して、前段に複屈折回折格子型偏光分離素子７０を配置し、後段に反射型無機偏光板８０を配置して、コントラストを向上させている。これに対して、従来技術では、光路の光軸に傾斜する反射型偏光板の後段に有機フィルム製の吸収型偏光板を配置する構成が知られている（例えば、特許文献１の図７）。しかし、出射側偏光板として有機の吸収型偏光板を用いると、黒表示の場合における光吸収による温度上昇の問題に加えて、Ｂ光路に使用する吸収型偏光板に関しては、ＵＶ光（Ultraviolet Ray）による吸収型偏光板の有機部材の黄変も問題となる。ＵＶ光による有機部材の黄変は、例えば冷却用ファンなどで冷却風を吹き付け、温度を低くすれば、発生スピードを遅らせることは可能である。しかし、長時間経過すると、温度が低くとも黄変が必ず発生する。つまり、白表示の場合、吸収型偏光板の光吸収による温度上昇は問題ないが、ＵＶ光が通過することによる有機部材黄変は問題となるため、その耐ＵＶ性も大きな課題となっている。
【００６５】
しかしながら、本実施例では、出射側偏光板に無機偏光板を使用しているため、耐ＵＶ性に関しても優れている。  
【実施例２】
【００６６】
実施例１では、Ｘ方向に延伸した格子をＹ方向に周期配置した複屈折回折格子型偏光分離素子７０を用いて、液晶パネル６０の長辺に平行なＹＺ面内でＸ偏光光を回折させるようにした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。Ｙ方向に延伸した格子をＸ方向に周期配置した複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａを用いて、液晶パネル６０の短辺に平行なＺＸ面内でＸ偏光光を回折させるようにしてもよい。このような複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａを用いた実施例２による出射側偏光板について説明する。
図７は、実施例２に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図で、液晶パネルの短辺に平行なＺＸ平面における断面図である。なお、図７において、Ｙ偏光光は偏光方向が図紙面に垂直なので、図示を簡単とするため、Ｙ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。
【００６７】
図７に示すように、本実施例の複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａは、透光性基板としてのガラス基板７２Ａと、ガラス基板７２Ａ上にＹ方向に延伸する格子７３ＡａがＸ方向に周期ｄAで繰り返して配置され、凹凸の一方向周期的構造が形成された複屈折膜７３Ａと、複屈折膜７３Ａを被覆する等方性のオーバーコート層７４Ａで構成されている。なお、ｈAは格子７３Ａａの高さである。
【００６８】
ここで、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａに液晶パネル６０からの光Ｌ６１が、光路の光軸１０１に沿って、ほぼ垂直にＺ軸方向に入射するものとする。光Ｌ６１は、Ｚ軸に直交する面内で、偏光方向が格子７３Ａａの延伸方向（すなわち、Ｙ方向）に平行なＹ偏光光Ｌ６１ｙと、偏光方向が格子７３Ａａの延伸方向に直交する方向（すなわち、Ｘ方向）のＸ偏光光Ｌ６１ｘとからなるものである。
【００６９】
光Ｌ６１が複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａに入射すると、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａは、後述する条件を満足する場合、図７から明らかなように、光Ｌ６１の内、偏光方向が格子７３Ａａの延伸方向に平行なＹ偏光光Ｌ６１ｙを０次光としてそのまま直進させる。また、偏光方向が格子７３Ａａの延伸方向に直交する方向のＸ偏光光Ｌ６１ｘを±１次光として格子７３Ａａの延伸方向に直交する方向（すなわち、Ｘ方向）に回折させ、光軸に対して傾斜させて出射させる。すなわち、複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａは、入射した光Ｌ６１を、光軸に対して斜めに射出する回折光であるＸ偏光光Ｌ６１ｘと、そのまま透過する直進光であるＹ偏光光Ｌ６１ｙとに分離する。なお、格子７３Ａａに平行な方向は複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａの透過軸方向といえる。
【００７０】
次に、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡがＸ偏光光Ｌ６１ｘを回折させる条件について述べる。
【００７１】
複屈折膜７３Ａの格子７３ＡａのＸ偏光光Ｌ６１ｘに対する屈折率をｎAx、Ｙ偏光光Ｌ６１ｙに対する屈折率をｎAy、等方性のオーバーコート層７４Ａの屈折率をｎA1とすると、光路Ａ，Ｂに対する光路長差Δは、各偏光光において、次式で表される。
（数６）
Ｙ偏光光：Δｙ＝（ｎAy−ｎA1）ｈA 
（数７）
Ｘ偏光光：Δｘ＝（ｎAx−ｎA1）ｈA 
従って、Ｙ偏光光Ｌ６１ｙが直進し、Ｘ偏光光Ｌ６１ｘが回折されるための条件は、次式が成立することが必要である。
（数８）
Δｙ＝ｍλ
（数９）
Δｘ＝（ｍ±１／２）λ    
但し、λは光の波長、ｍは次数で整数である。
ここで、数８の式は、Ｙ偏光光Ｌ６１ｙにおける光路差が波長λの整数倍となり、光路Ａを通るＹ偏光光と光路Ｂを通るＹ偏光光が干渉により強め合い、格子通過後も０次光として直進する条件である。また数９の式は、Ｘ偏光光Ｌ６１ｘにおける光路差が半波長の奇数倍だけずれて打ち消し合い、直進光（０次光成分）がなくなり、全て回折光となる条件である。つまり、干渉により直進成分は打ち消し合い、Ｘ偏光光は回折光となる。よって、０次と１次に偏光分離するとき、偏光分離度を高めるためには数８，数９の式を満足していることが必要である。ただし、実用的には数８，数９の式を厳密に満足していなくても、略数８，数９の式近傍の条件になるように複屈折膜７３Ａの屈折率ｎAy，ｎAx、オーバーコート層４の屈折率ｎA1 、複屈折膜７３Ａの高さｈA、次数ｍを設定することになる。
【００７２】
次に、上記した複屈折回折格子型偏光分離素子７０Ａに反射型無機偏光板８０を組み合わせた実施例２による出射側偏光板の作用について、実施例１と同様に、代表的にＧ光路の出射側偏光板の構成を用いて説明する。
図８は、本実施例による出射側偏光板の作用を説明する図で、Ｇ光路の出射側偏光板をＹ方向から見た平面視図である。なお、図８において、Ｙ偏光光は図紙面に垂直なので、図示を簡単とするため、Ｙ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。また、液晶パネルは所定のアスペクト比とするため短辺と長辺を有するが、ここでは、液晶パネルの長辺に平行な方向をＹ方向とし、液晶パネルの短辺に平行な方向をＸ方向とする。
【００７３】
図８に示すように、本実施例では、出射側偏光板は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する（つまり、Ｙ偏光光を透過させる）複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧと反射型無機偏光板８０Ｇは、所定の間隔ＴAをおいて光路の光軸に対して直交するように配置されている。
【００７４】
このような構成の出射側偏光板に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６１ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６１ｘとを含む光ＬＧ６１が入射するとする。
【００７５】
すると、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧに入射した光ＬＧ６１の内、偏光方向が格子７３Ａａの延伸方向（Ｙ方向）である透過軸方向のＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６１ｙは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧを透過し、反射型無機偏光板８０Ｇを透過し、光合成プリズム２００に入射する。
一方、透過軸方向に直交するＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６１ｘは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧで格子７３Ａａの延伸方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）に回折され、光軸に傾斜する±１次光の斜め光となり、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する。Ｘ偏光光ＬＧ６１ｘは、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ方向）なので、反射型無機偏光板８０Ｇで光軸側とは逆側（外側）に斜めに反射される。反射された斜め光のＸ偏光光ＬＧ６１ｘは、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧに向かうが、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧと反射型無機偏光板８０Ｇとは所定の距離ＴAで隔てられているので、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧには再入射せず、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧの側端部の外側を通り、光学ユニット内部で吸収されることになる。従って、液晶パネル６０Ｇに戻ることがないので、画質劣化を招く懸念はない。
【００７６】
上記のように、本実施例による複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧでは、液晶パネル６０Ｇの短辺に平行なＺＸ面でＸ偏光光Ｌ６１ｘが回折される。従って、複屈折回折格子型偏光分離素子による回折角が実施例１と実施例２とでほぼ同じとすれば、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧで回折されたＸ偏光光Ｌ６１ｘが反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧの側端部の外側を通るために必要な、複屈折回折格子型偏光分離素子７０ＡＧと反射型無機偏光板８０Ｇとの間の所定の距離ＴAは、実施例１の距離Ｔより短くできることになる。つまり、本実施例によれば、投射レンズ３００と液晶パネル６０との間のバックフォーカスを実施例１より短くすることができるという効果がある。
以上述べた実施例では、出射側偏光板として、無機タイプに特化して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。複屈折回折格子型偏光分離素子，反射型偏光板は、光の吸収が僅かであり、光吸収による発熱は無視できる。従って、有機タイプのものを用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施例１に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図。
【図２】実施例１に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図。
【図３】図２に示す複屈折回折格子型偏光分離素子の要部拡大図。
【図４】複屈折回折格子型偏光分離素子の形成工程を説明する説明図。
【図５】実施例１に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図。
【図６】実施例１による出射側偏光板の構成を説明する図。
【図７】実施例２に係わる複屈折回折格子型偏光分離素子の一構成を模式的に示す部分断面図。
【図８】実施例２による出射側偏光板の作用を説明する図。
【符号の説明】
【００７８】
１０：光源ユニット、１１：ランプ、１２：リフレクタ、２１：第１のアレイレンズ、２２：第２のアレイレンズ、２５：偏光変換素子、２７：集光レンズ、２９：フィールドレンズ、３１，３２：ダイクロイックミラー、３３：反射ミラー、４１：第１リレーレンズ、４２：第２リレーレンズ、４５，４６：反射ミラー、５０：入射側偏光板、６０：液晶パネル、７０：複屈折回折格子型偏光分離素子、７２：ガラス基板、７３：複屈折膜、７３ａ：格子、７４：オーバーコート層、７６：フォトレジスト、８０：反射型無機偏光板、８１：透光性基板、８２：ワイヤグリッド、８３：溝、８５：調整層、８６：高屈折率層、８７：低屈折率層、９０：１／２λ波長板、１００：照明光学系、１０１：光軸、１３０：光分離光学系、１４０：リレー光学系、２００：光合成プリズム、２１０：ダイクロイック膜、３００：投射レンズ、５００：光学ユニット、５５０：基体、５６０：電源回路、５７０：駆動回路、５８０：冷却用ファン、５８５：流路、Ｌ６０，Ｌ６１：光、Ｌ８００：入射光、Ｌ８０１：透過光、Ｌ８０２：反射光。
【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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