CN101846763A - 偏振转换元件、偏振照明光学元件以及液晶投影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏振转换元件、偏振照明光学元件以及液晶投影仪，从非偏振光抽取偏振方向为一定的线偏振光的偏振照明光学元件的耐热性得以提高，并且制造成本也抑制得较低。在棱镜杆(24a)、(24b)相互接合面设置偏振光分离膜(26)和反射膜(27)。在由偏振光分离膜(26)反射且由反射膜(47)反射的线偏振光所射出的出射面接合偏振转换元件(25)。偏振转换元件(25)将多个棱镜杆(30)相对于其入射面倾斜45°的侧面进行相互接合，在接合面的彼此之间设有用于将1/2波长的相位差给予透射光而由介质多层膜构成的相位差膜。按照相位差膜的光学轴与线偏振光的偏振方向形成45°的方式，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内，与接合境界线(31)一同相位差膜也倾斜45°。

Description

偏振转换元件、偏振照明光学元件以及液晶投影仪
技术领域
本发明涉及一种使线偏振光的偏振方向旋转90°的偏振转换元件，而且涉及一种通过使用该偏振转换元件而将非偏振光的照明光转换成具有一定的偏振方向的线偏振光的照明光的偏振照明光学元件、以及一种将该偏振照明光学元件使用于照明光学系统中的液晶投影仪。
背景技术
将在液晶显示板所显示的图像由来自光源灯的光进行照明并投影于屏幕的液晶投影仪被各种各样地产品化。如众所周知，液晶显示板具备：封装有液晶分子的预定厚度的液晶层；在其入射面侧和出射面侧所分别配置的偏光器和检光器。偏光器和检光器以各自的偏振方向相互正交或者平行的形式配置，入射到液晶层的线偏振光的通过根据液晶分子的取向姿势来进行控制，并且经由检光器进行所出射的线偏振光的光量调节。
另一方面，通常在液晶投影仪的照明光学系统中，使用将自光源的非偏振光转换成与液晶显示板的偏光器相同方向的偏振方向的线偏振光的偏振转换元件。作为这种偏振转换元件，如由专利文献1可知，多用由偏振分束器和1/2波长板组合的棱镜阵列。偏振分束器具备使偏振方向相互正交的2种线偏振光中的一方透射、并使另一方反射的偏振分离面，通过使由该偏振分离面所分离的2种线偏振光的任意1个经由1/2波长板而使其偏振方向旋转90度之后、与另一方的线偏振光合并，从而获得偏振方向一致的线偏振光。
专利文献1：日本专利公开2008-129190号公报
专利文献2：日本专利公开2006-64871号公报
以往的1/2波长板是使用有机材料的薄膜片制的波长板为惯例，若在光源的附近长时间使用，则退色容易产生，并且偏振光转换效率也劣化等问题容易产生。为了改善耐热性，也提出了在1/2波长板上使用水晶等的双折射性的结晶体，但结晶本身价格高，而且对结晶的光学轴必须精密地管理并进行加工，所以制造成本也变高。在这方面，在专利文献1、2所记载的偏振转换元件上使用由介质多层膜构成的1/2波长板而不仅耐热性大大改善并且制造成本控制得较低、这样的优点存在。
专利文献1、2所记载的偏振转换元件所使用的1/2波长板由基于斜向蒸镀的介质多层膜构成。但是，由斜向蒸镀的介质多层膜构成的相位差膜能够应用到1/4波长板，但若要作为1/2波长板能加以利用的程度而增加膜厚，则有白浊且透射率下降的问题产生，尤其在短波长侧的透射率下降显著会对彩色平衡带来坏影响。而且，基于斜向蒸镀的介质多层膜容易吸收水分，随此，光学性质变动大的难点也存在。
发明内容
本发明是考虑以上情况而提出的，其目的在于，提供一种由不需要斜向蒸镀的介质多层膜实现使线偏振光的偏振方向旋转90°的1/2波长板、从而耐热性优异还抑制成本负担的偏振转换元件，另外，其目的还在于，提供一种利用该偏振转换元件的偏振照明光学元件以及液晶投影仪。
为了实现上述目的，本发明的偏振转换元件的特征在于具备：棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合；相位差膜，在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜，并由介质多层膜构成且具有光学各向异性，再有，在上述入射面或出射面侧呈露出的上述多根棱镜杆的各接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°。该偏振转换元件优选被整形为矩形状、且相对于构成矩形的四边使上述接合境界线相交45也可。
而且，本发明的偏振转换元件的特征在于具备：棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合；相位差膜，由在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜的介质多层膜构成，且具有对从上述入射面垂直入射的透射光给予1/2波长的相位差的光学各向异性；再有，在上述入射面或出射面侧呈露出的上述多根棱镜杆的各接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°。另外，如果通过上述相位差膜，同样地对所入射的线偏振光的偏振方向给予1/4波长的相位差，则也可以将此作为1/4波长板而使用。
而且，本发明按照使相同结构的2个偏振转换元件要素重叠的方式也可以实现。此时，各偏振转换元件要素由棱镜片及相位差膜构成，该棱镜片按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合；该相位差膜由在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜的介质多层膜构成，且具有对从上述入射面垂直入射的透射光给予1/4波长的相位差的光学各向异性。这些偏振转换元件要素使各接合境界线在与所入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内、相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°而使用，从而作为使入射的线偏振光的偏振方向旋转90°的偏振转换元件发挥功能。
由介质多层膜构成的相位差膜基于预先设计好的中心波长进行膜设计，通常示出在作为对象的波长带域增宽时随着从中心波长脱离而偏振光转换效率下降的倾向，但如上述，在采用使2个偏振转换元件要素重叠的方式的情况下，考虑偏振光转换效率的分光波长特性，也可以将各接合境界线设为不同的角度而利用。例如，如可见光带域，以大致550nm的中心波长设计相位差膜，并在440nm～650nm宽的波长带域要求高的转换效率时，相对于入射而来的线偏振光的偏振方向而一方倾斜θ1、另一方倾斜θ2而使用时，满足
Figure GSA00000024604200041
的关系，如果优选设定在60°≤θ1≤70°，15°≤θ2≤25°的范围，则可见光全区域范围可以获得高的转换效率。
本发明的偏振转换元件适用于液晶投影仪的照明光学系统中的偏振照明光学元件的一部分，该偏光照明光学元件在棱镜相互的接合面具备偏振光分离膜，并由使入射到上述偏振光分离膜的非偏振光中的偏振方向相互正交的第1或第2线偏振光的、一方透射而使另一方反射的偏振分束器；和在由上述偏振光分离膜反射的另一方的线偏振光射出的偏振分束器的出射面所接合的上述偏振转换元件构成，将从照明光源入射到上述偏振分束器的非偏振光转换成偏振照明光，该偏振照明光由透射上述偏振光分离膜的一方的线偏振光、和由上述偏振光分离膜反射并且基于透射上述偏振转换元件而使偏振方向旋转了90°的一方的线偏振光而构成。而且，将在出射面接合有偏振转换元件的偏振分束器按照上述偏振转换元件在相同的面上排列的方式排列多个而使用也是有效的方法。
而且，上述偏振照明光学元件在使用于液晶投影仪时更加有效，该液晶投影仪具备使用排列多个微透镜的一对微透镜阵列分割来自光源灯的照明光、且使分割而成的照明光在液晶显示板上重叠而进行照明的照明光学系统，此时，在上述一对微透镜阵列的出射面的正后面配置偏振照明光学元件也可。
根据本发明，获得耐热性优异且制造成本也得以抑制得较低的偏振转换元件，在具有相互正交的偏振方向的第1或第2线偏振光的一方入射时，能够将其以高效率转换成其他线偏振光。本发明的偏振转换元件所使用的相位差膜可以用相对于基板面从大致垂直的方向进行蒸镀的通常蒸镀方法而制造，所以可以获得消除由斜向蒸镀引起的相位差膜易于产生的白浊、并在物理性的耐久性方面也优越的相位差膜。而且，通过将这种偏振转换元件在液晶投影仪的照明光学系统中作为偏振照明光学元件而利用，从而能够高效率地获得液晶显示板照明用的线偏振光，并能够提高投影图像的对比度。
附图说明
图1是表示液晶投影仪的照明光学系统的重要部分的简要图。
图2是表示液晶投影仪的光源装置的重要部分的简要图。
图3是偏振照明光学元件的外观图。
图4是表示偏振照明光学元件的简要结构的局部破断立体图。
图5是偏振转换元件的剖面图。
图6是偏振照明光学元件的功能说明图。
图7是表示偏振照明光学元件的其他例子的功能说明图。
图8是表示偏振转换元件的制造工序的一例的说明图。
图9是表示偏振转换元件的其他例子的局部破断立体图。
图10是表示使2个偏振转换元件要素组合后的例子的简要剖面图。
图11是使2个棱镜板的接合境界线交叉的状态的说明图。
图12是表示基于2个偏振转换元件要素的偏振方向的变化的说明图。
图13是表示偏振转换元件的分光转换效率特性的倾向的图表。
图中：7-偏振照明光学元件，24-偏振分束器阵列，25-偏振转换元件，25a、25b-偏振转换元件要素，26-偏振光分离膜，27-反射膜，30-棱镜杆(prism rod)，32、53-相位差膜，43-角度选择膜，46-棱镜板。
具体实施方式
液晶投影仪的光学系统与光源装置S一同被简要地如图1构成。如图2所示，光源装置S具备超高压水银灯等高亮度的光源灯2，与反射器3一同使用。在照明光路中设置红外线及紫外线截止用滤光片4，各种偏振光混在的非偏振光/可见区域的照明光大致成为平行光而入射到第1微透镜阵列5。第1微透镜阵列5是将多个微透镜以模仿液晶显示板的矩形形状的方式排列成矩形矩阵状的微透镜阵列，并且在具有同样的结构的第2微透镜阵列6上等效地形成与微透镜个数相同的人造光源。
来自在第2微透镜阵列6上所形成的人造光源的照明光在周围光也以5～6°左右的较小的入射角入射到偏振照明光学元件7。偏振照明光学元件7具有以下作用，即从包含多种偏振光的非偏振的照明光中将具有与纸面垂直的偏振方向的线偏振光分离而入射到照明透镜8的作用。照明透镜8将按每个人造光源从偏振照明光学元件7成为线偏振光所出射的各照明光引导到在B(蓝色光)信道、G(绿色光)信道、R(红色光)信道所分别设置的液晶显示板的有效画面整体并使之重叠，由此均匀地照明各信道的液晶显示板。
经由照明透镜8从光源装置S出射的照明光，如图1所示，首先入射到分色镜10而将蓝色光透射且将其他色光反射。蓝色光经过全反射镜11而入射到场透镜(也称场镜)12B。在场透镜12B上借助照明透镜8的作用而来自人造光源的光束被重叠，且在其背后所设置的液晶显示板14B的有效画面内进行均匀地照明。而且，由分色镜10反射的色光中的绿色光被下一个分色镜15反射，同样地经过场透镜12G对液晶显示板14G赋予均匀的照明。
分色镜15所透射的红色光，经过第1中继透镜16、全反射镜17、第2中继透镜18、全反射镜19而被引导至场透镜12R，同样地，对液晶显示板14R从背面侧进行均匀的照明。由于R信道的照明光程长长于B、G信道，这样照明透镜8的作用会在R信道被损坏，但通过使用第1、第2中继透镜16、18而在R信道也同样地保持照明透镜8的作用。
经由场透镜12B、12G、12R，在周围光量也不降低的状态下，各液晶显示板14B、14G、14R从背面侧被线偏振的照明光均匀地照明。而且，各液晶显示板14B、14G、14R透射的按每信道的图像光由十字形分色棱镜20合成，作为全色的图像光入射到投射透镜22并朝向屏幕被投射。
光源装置S所使用的偏振照明光学元件7，如图3所示，具有大致矩形板状的外观，由偏振分束器阵列24和在其光出射面侧隔开一定间隔所接合的偏振转换元件25构成。偏振分束器阵列24是将剖面为平行四边形的纵长的棱镜杆24a、24b排列多根并加以接合的偏振分束器阵列，在相互的接合面交替形成由介质多层膜构成的偏振光分离膜26和由金属膜构成的反射膜27。棱镜杆24a、24b成为按照相对于入射面的法线而偏振光分离膜26及反射膜27具有45°的倾斜的方式被整形的相同的形状的棱镜杆。
偏振光分离膜26具有以下作用，即，使从棱镜杆24b的入射面(图中背面侧)大致垂直入射的非偏振的照明光中的、P偏振成分的线偏振光(具有与包括偏振光分离膜26的法线和入射光线的面平行的偏振方向)透射而S偏振成分的线偏振光(具有与P偏振成分的线偏振光的偏振方向正交的偏振方向)反射的作用。偏振光分离膜26所透射的P偏振光直接通过棱镜杆24a从出射面侧射出，相对于此，由偏振光分离膜26反射的S偏振光被反射膜27反射而垂直入射到偏振转换元件25。另外，在另一方的棱镜杆24a的入射面侧设置遮光膜28，以使在棱镜杆24a没有来自光源灯2的非偏振光入射。
偏振转换元件25具有使偏振方向旋转90°的1/2波长板的功能，因此，在透过偏振转换元件25之间，S偏振光被转换成P偏振光之后从出射面侧射出。通过使这种棱镜杆24a、24b之对在包括偏振光分离膜26及反射膜27的状态下交替排列，可获得如图所示的板状的偏振照明光学元件7，能够按照在图2所示的第2微透镜阵列6的出射面的正后面遮盖出射面全面的方式进行配置。
在表示偏振照明光学元件的7的简要结构的图4中，偏振转换元件25以整体覆盖棱镜杆24b的出射面的方式被整形成纵长的矩形状，如在图5表示其剖面那样，成为与偏振分束器阵列24同样的将剖面为平行四边形的棱镜杆30并列排列的棱镜片状。棱镜杆30具有入射面30a及出射面30b、和与入射面30a以内角45°相连的第1侧面30c及与出射面30b以内角45°相连的第2侧面30d，邻接的棱镜杆30的各自的第1侧面30c和第2侧面30d相互接合。但是，如图4所示，各棱镜杆30倾斜，使得在该入射面30a或出射面30b所现的接合境界线31与形成偏振转换元件25的矩形状的轮廓线的四边以45°交叉。
在各棱镜杆30的第1侧面30c上且在与邻接的棱镜杆30的第2侧面30d接合之前成膜具有光学各向异性的相位差膜32。从而，在这些棱镜杆30的所有接合面的相互之间夹设相位差膜32，如图4所示，与接合境界线31对应而出现相位差膜32的剖面。另外，当然也能够在第2侧面30d成膜相位差膜32。在偏振转换元件25的剖面中，相位差膜32相对于入射面30a倾斜45°，而且棱镜杆30相对于形成偏振转换元件25的轮廓的四边倾斜45°，所以从偏振转换元件25的入射面30a垂直入射的光线必然会以45°入射到相位差膜32。
相位差膜32可以在第1侧面30c将折射率互不相同的2种介质薄膜例如交替层叠到140层左右而制造。此时，各介质薄膜的光学膜厚非常薄，是在所谓的光学干涉薄膜多用的λ/4、λ/2的数十分之1以下。在成膜相位差膜32时，可以用使成为成膜对象的第1侧面30c大致正对着2种蒸镀源的通常的蒸镀方法，监视膜厚并从各蒸镀源交替进行蒸镀而层叠折射率互不相同的2种介质薄膜即可。另外，公知有具有光学各向异性的双折射Δn值会随着所层叠的2种介质薄膜的折射率差及各膜厚比而被决定，根据介质多层膜整体的物理性膜厚d和双折射Δn的积决定延迟。
通过进行这种蒸镀，在第1侧面30c成膜作为其光学轴与第1侧面30c的法线一致的单轴性的负的C板(C plate)而发挥功能的相位差膜32。而且，通过考虑预先设定的双折射Δn值、及在相位差膜32内的光程长(光路长)来调整整体的膜厚d，从而可以对从入射面30a垂直入射而穿过相位差膜32的光线给予1/2波长量的相位差。而且，也可以通过相位差膜32的膜厚调整，对从入射面30a垂直入射的光给予适当的相位差例如给予1/4波长的相位差，所以也可以将其作为1/4波长板而使用。另外，就相位差膜32所使用的蒸镀材料而言，作为高折射材料能够利用Ta2O5、Ti2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O3，作为低折射材料能够利用SiO2、MgF2、CaF2等公知的材料。
如以上所构成的偏振照明光学元件7的作用如下。从构成第2微透镜阵列6的各微透镜以主光线大致平行的方式所射出的非偏振的照明光，按每个微透镜入射到偏振照明光学元件7。如图6所示，从微透镜射出且从棱镜杆24b的入射面随着入射光轴K而大致垂直入射的照明光，向偏振光分离膜26以45°的入射角入射。
偏振光分离膜26将所入射的照明光中的P偏振成分的线偏振光透射、并将S偏振成分的线偏振光以45°反射。所透射的P偏振成分的线偏振光直接从棱镜杆24b的出射面以P偏振成分的线偏振光出射。由偏振光分离膜26所反射的S偏振成分的线偏振光，在再次被反射膜27反射之后，向与棱镜杆24b的出射面接合的偏振转换元件25大致垂直入射。
偏振转换元件25所使用的相位差膜32，由在棱镜杆30的第1侧面30c沿其法线方向所层叠的介质多层膜构成，所以相位差膜32的光学轴按每个第1侧面30c与其法线方向一致。但是，第1侧面30c在与S偏振成分的线偏振光的光轴L(与入射光轴K平行)垂直的面内、以光轴L为中心倾斜45°，所以相位差膜32的光学轴相对于与纸面垂直的S偏振成分的线偏振光的偏振方向倾斜45°，S偏振成分的线偏振光在考虑光学轴的状态下相对于相位差膜32等效地以45°倾斜入射。
因此，若考虑该倾斜入射并调整相位差膜32的膜厚，则S偏振成分的线偏振光在相位差膜32等效上可以给予1/2波长的相位差，其结果，S偏振成分的线偏振光在其偏振方向(偏振面)旋转90°后就作为P偏振成分的线偏振光从偏振转换元件25射出。
由此，若来自光源灯2的照明光入射到偏振照明光学元件7，则从各种偏振光中只有偏振方向调为水平方向的P偏振成分的线偏振光射出，从而可以使用在按每个颜色信道所设置的液晶显示板14B、14G、14R的照明。如众所周知，在光源灯2上利用了高亮度的灯，其周围达到相当的温度，但其偏振照明光学元件7所使用的相位差膜32是无机材料制的，而且在不需要斜向蒸镀的状态下，作为各介质薄膜的膜厚监视也容易的膜而能够制造，所以耐久性优异，并且由于其适于批量生产在成本方面也可得到利处。
但是，在偏振分束器阵列24中，如图7所示，公知有使柱状的直角棱镜杆40a、40b组合而作为棱镜杆24b，并且使直角棱镜杆41a、41b组合而构成棱镜杆24a的偏振分束器阵列。另外，在图中，对于功能相同的偏振转换元件25、偏振光分离膜26、反射膜27赋予相同符号。
使用具有该结构的偏振分束器阵列24时，在直角棱镜杆40a、40b的接合面形成角度选择膜43也是有效的。角度选择膜43例如是以500nm左右的膜厚成膜折射率为1.46的SiO2膜的角度选择膜，具有以下作用，即，在可见光波长区域的光线以0°～10°左右的较小的入射角入射时，将其大致100％透射，相反地在以80°～90°的较大的角度入射时，将其大致100％反射。
如上述，在使用微透镜阵列的照明光学系统中，也包括具有以5～6°左右的发散角而入射到偏振分束器阵列24的光线。这种光线Q以较大的入射角入射到角度选择膜43，并且大部分被反射，如由实线所示，入射到偏振光分离膜26，所以，之后成为直接透射的P偏振成分的线偏振光和由偏振光分离膜26反射的S偏振成分的线偏振光。被反射的S偏振成分的线偏振光是较小的入射光，所以就透过角度选择膜43并经由反射膜27朝向偏振转换元件25。因此，如在图中由虚线所示，可以防止非偏振的光线K透过偏振转换元件25而射出的现象，在减少干扰光的方面上是有利的。
而且，在如光线R具有角度而入射的光线中的、透过了偏振光分离膜26的P偏振成分的线偏振光从直角棱镜杆41a的出射面射出时，也存在在与空气的界面向图示的方向折射、在偏振转换元件25的侧面产生蚀痕的现象。为了防止这种现象，将具有与偏振转换元件25相同程度的厚度、具有与直角棱镜杆41a相同的折射率的玻璃板按照覆盖直角棱镜杆41a的出射面整体的方式进行接合，等效地使P偏振成分的线偏振光的出射面与偏振转换元件25的出射面大致一致即可。
在图8示出上述偏振转换元件25的制造方法的一例。如该图(A)所示，在成为棱镜杆30的原材料的玻璃板45的一面，将相位差膜32用不基于斜向蒸镀的通常的蒸镀方法进行成膜。当然，根据蒸镀设备的容量可以对多个玻璃板45一并蒸镀相位差膜32。使这样获得的玻璃板45如图(B)所示进行重叠而接合。
而且，如在同图(B)用双点划线所示，根据与玻璃板45的表面以45°相交的切断线切断层叠体，并对该分割面进行研磨而获得该图(C)所示的棱镜板46。该棱镜板46的分割面的一方成为偏振转换元件25的入射面、另一方成为出射面，分别沿长边延伸的玻璃板45的分割片相当于棱镜杆30。
将这样获得的棱镜板46按该图(D)虚线表示的切断线切断成矩形板状、并研磨分割面而可以获得偏振转换元件25。该图(D)所示的分割线相当于偏振转换元件25的矩形状的外形轮廓线，所以切断线的短边及长边按照与棱镜杆30的接合境界线31或者相位差膜32的切断面以45°相交的方式设定，而且有关棱镜板46的厚度方向垂直切断为宜。
如图4所示，通常将偏振照明光学元件7所使用的偏振转换元件25设为细长的矩形状的片状而被多用。因此，如上述，若按照接合境界线31相对于偏振转换元件25的外径轮廓线成为45°的方式从棱镜板46切出偏振转换元件25，则在棱镜杆24b的出射面接合该偏振转换元件25时，只要将偏振转换元件25作为外形基准而进行接合，就可以将相位差膜32的光学轴与适合于线偏振光的偏振方向的方向对准。
在上述实施方式中，对于从入射面30a垂直入射的线偏振光，在棱镜杆30的第1侧面30c所成膜的相位差膜32作为1/2波长板发挥功能，使线偏振光的偏振方向旋转90°。就该1/2波长板的功能而言，也能够组装2个1/4波长板来实现。由此，在图9所示的实施方式中所利用的偏振转换元件25，代替在图8所示的偏振转换元件25的制造过程中在玻璃板45为了获得1/2波长板的功能所成膜的相位差膜32，将作为1/4波长板发挥功能的相位差膜成膜后的偏振转换元件要素25a、25b两片重叠接合而使用。当然，也能够仅将偏振转换元件要素25a、25b的一方作为1/4波长板而使用于其他的用途，在此时也有由无机材料构成、且不需要斜向蒸镀而简单并低成本制造的优点。
偏振转换元件要素25a、25b的重叠方法，如图9所示，也可以是邻接的棱镜杆30的相互的接合境界线31(对应于相位差膜的剖面)为一连，而且如图10(A)、(B)所示，也可以给予1/4波长的相位差的相位差膜53(对应于接合境界线31)偏移，也可以正交。即使是这些中的任意方式，也由于相位差膜53的光学轴投影到偏振转换元件25的入射面时的方向相对于入射而来的线偏振光的偏振方向(偏振面)成为45°，总体上就可以使线偏振光的偏振方向旋转90°(45°×2)。
如上述，为了使用将作为1/4波长板发挥功能的相位差膜53成膜后的2个偏振转换元件要素25a、25b而使偏振方向旋转90°，也可以不用进行将重叠的两片偏振转换元件要素25a、25b的接合境界线31相对于入射的线偏振光的偏振方向以45°调整对准，或者不用将一方设为45°而使另一方与其正交。例如，在图11所示的实施方式中示出以下例子，即替代图8(C)所示的棱镜板46的相位差膜32，将成膜有相位差膜53的2个棱镜板55a、55b接合，使得各棱镜杆30、30的相互的接合境界线56a、56b以“θ1-θ2”的角度相交，将其用以虚线示出的切断线切断，并作为偏振转换元件25而利用的例子。
以虚线示出的切断线按照与图9所示的棱镜杆24b的光出射面的形状一致的方式决定。对于从偏振转换元件25的入射面入射的线偏振光的偏振方向，接合境界线56a、56b均不是45°的角度。即，一方的偏振转换元件要素25a所对应的棱镜板55a的接合境界线56a相对于线偏振光的偏振方向倾斜θ1，另一方的棱镜板55b的接合境界线56b倾斜θ2，这些角θ1、θ2均不是45°。
若对以图11的分割线所切出的偏振转换元件25入射偏振方向与垂直方向一致的P偏振成分的线偏振光，则在其入射面所投影的偏振转换元件要素25a的光学轴[1]正交于接合境界线56a，所以如图12所示，从偏振方向PO按逆时针方向倾斜角δ1(＝“90°-θ1”)。因此，以偏振方向PO入射的线偏振光被转换成按逆时针方向倾斜2δ1的偏振方向P1的线偏振光。而且，接合境界线56b从垂直方向倾斜了角θ2的另一方的偏振转换元件要素25b的光学轴[2]同样地从偏振方向P0按逆时针方向倾斜了角δ2(＝“90°-θ2”)，所以线偏振光的偏振方向P1进一步倾斜2(δ2-2δ1)，并成为偏振方向P2的线偏振光。从而，如果以“2δ1+2(δ2-2δ1)＝2(δ2-δ1)”的值、即“2(θ1-θ2)”的值与90°一致的方式决定角θ1、θ2的值，则偏振方向垂直的P偏振成分的线偏振光就被转换成偏振方向水平的S偏振成分的线偏振光。
另外，如上述，在以使入射的线偏振光的偏振方向旋转90°的目的将上述偏振转换元件要素25a、25b组合时，对于θ1、θ2的任意一个或者两个，也能够作为“θ1±n×90°”、“θ2±n×90°”组合。而且，其结果是，如果按照满足“(θ1-θ2＝45°)”的关系的方式决定角θ1、角θ2的值，则一对偏振转换元件要素25a、25b组合后的偏振转换元件25也可以作为1/2波长板而利用。
这样，2个偏振转换元件要素25a、25b组合而使用时，与使接合境界线31倾斜45°的上述的实施方式相比有以下优点。例如，在图13用虚线所示的相对转换效率特性E1，表示如图4所示使1个偏振转换元件25倾斜45°并使用时的分光特性，虽然在相位差膜32的设计中心波长λ0附近表示良好的转换效率，但随着从中心波长λ0脱离其转换效率容易下降。相对于此，在将图9中的2个偏振转换元件要素25a、25b的各接合境界线31相对于垂直线设为“θ1＝55°，θ2＝10°”的角度而使用的偏振转换元件25中可获得特性E2，且在以“θ1＝63°，θ2＝18°”的角度使用的偏振转换元件25中可得到特性E3，确认了通过θ1、θ2的调整可以改善波长特性。θ1、θ2的值能够设定成多种多样，但如果考虑分光特性的对称性，则可以推定优选“60°≤θ1≤70°，15°≤θ2≤25°”的范围。
以上，基于图示的实施方式进行了说明，但本发明的偏振转换元件可以适用于液晶投影仪的偏振照明光学元件，但在进行偏振的领域中，根据用途需要使偏振方向旋转90°。在这种情况，也可以将上述偏振转换元件25作为1/2波长板而利用，也可以通过相位差膜的膜厚调整作为1/4波长板而利用。

Claims (9)

1.一种偏振转换元件，其特征在于，具备：
棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合，
相位差膜，在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜，并由介质多层膜构成且具有光学各向异性，
在上述入射面或出射面侧呈露出的上述多根棱镜杆的各接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°。
2.如权利要求1所述的偏振转换元件，其特征在于，
上述棱镜片被整形为矩形状，相对于形成矩形的各边而上述接合境界线以45°相交。
3.一种偏振转换元件，其特征在于，具备：
棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合，
相位差膜，由在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜的介质多层膜构成，且具有对从上述入射面垂直入射的透射光给予1/2波长的相位差的光学各向异性，
在上述入射面或出射面侧呈露出的上述多根棱镜杆的各接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°。
4.一种偏振转换元件，其特征在于，
具备2个偏振转换元件要素，该偏振转换元件要素由棱镜片和相位差膜构成，
上述棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合，
上述相位差膜，由在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜的介质多层膜构成，且具有对从上述入射面垂直入射的透射光给予1/4波长的相位差的光学各向异性，
上述2个偏振转换元件要素的各自的接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内相对于上述线偏振光的偏振方向倾斜45°而配置。
5.一种偏振转换元件，其特征在于，
具备2个偏振转换元件要素，该偏振转换元件要素由棱镜片和相位差膜构成，
上述棱镜片，按照将具有相互平行地相对的入射面及出射面、和与上述入射面以内角45°相连的第1侧面及与上述出射面以内角45°相连的第2侧面的细长的棱镜杆排列多根的方式，将上述第1侧面和第2侧面依次接合，
上述相位差膜，由在相互接合的上述棱镜杆的上述第1侧面或第2侧面以光学轴与其法线大致一致的方式所成膜的介质多层膜构成，且具有对从上述入射面垂直入射的透射光给予1/4波长的相位差的光学各向异性，
上述偏振转换元件要素的一方的上述接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内，相对于上述线偏振光的偏振方向以角θ1倾斜而配置，上述偏振转换元件要素的另一方的上述接合境界线，在与入射的线偏振光的入射光轴垂直的面内，相对于上述线偏振光的偏振方向以角θ2倾斜而配置，并且2(θ1-θ2)为大致90°。
6.如权利要求5所述的偏振转换元件，其特征在于，
60°≤θ1≤70°，15°≤θ2≤25°。
7.一种偏振照明光学元件，其特征在于，由偏振分束器和偏振转换元件构成，
上述偏振分束器，在棱镜相互的接合面具备偏振光分离膜，使入射到上述偏振光分离膜的非偏振光中的、偏振方向相互正交的第1或第2线偏振光的一方透过，并使另一方反射；
上述偏振转换元件，是与被上述偏振光分离膜反射的另一方的线偏振光射出的偏振分束器的出射面相接合的、权利要求3～6中的任一项所述的偏振转换元件，
将从照明光源入射到上述偏振分束器的非偏振光转换成：由透过上述偏振光分离膜的一方的线偏振光、和通过被上述偏振光分离膜反射且透过上述偏振转换元件而偏振方向旋转了90°的一方的线偏振光构成的偏振照明光。
8.如权利要求7所述的偏振照明光学元件，其特征在于，
在出射面接合有上述偏振转换元件的上述偏振分束器，以将上述偏振转换元件在相同的面上排列的方式排列多个。
9.一种液晶投影仪，其特征在于，
具备：利用排列有多个微透镜的一对微透镜阵列对来自光源灯的照明光进行分割、使所分割的照明光在液晶显示板上重叠而进行照明的照明光学系统，
并且，在上述一对微透镜阵列的出射面的正后面设置权利要求7或8所述的偏振照明光学元件。
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