JP2001337226A - 偏光分離素子およびこれを用いた照明光学系、並びに、プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光分離素子に入射する光を２種類の偏光光
に効率よく分離することのできる技術を提供する。 【解決手段】 偏光分離素子は、所定の方向に沿って所
定の傾きで配列され、入射する光を２種類の偏光光に分
離するための複数の偏光分離膜と、偏光分離膜とほぼ平
行になるように偏光分離膜と交互に配置され、偏光分離
膜によって分離された一方の偏光光を反射するための複
数の反射膜とを備ている。複数の偏光分離膜のうちの少
なくとも１つの偏光分離膜は、他の偏光分離膜と異なる
膜構造を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入射された光を
２種類の偏光光に分離するための偏光分離素子、この偏
光分離素子を用いた照明光学系およびプロジェクタに関
する。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタでは、照明光学系から射出
された光を、ライトバルブと呼ばれる素子を用いて画像
情報（画像信号）に応じて変調し、変調された光をスク
リーン上に投写することにより画像表示を実現してい
る。

【０００３】ライトバルブとしては、液晶パネルのよう
に、１種類の直線偏光光のみを利用するタイプのものが
使用されることが多い。このように、液晶パネルを備え
るプロジェクタにおいては、光源装置から射出された非
偏光な光を、１種類の直線偏光光とするための偏光変換
素子が備えられている。偏光変換素子は、非偏光な光を
２種類の直線偏光光に分離するための偏光分離素子を備
えており、分離された２種類の直線偏光光のうちの一方
の直線偏光光を他方の直線偏光光に変換することにより
１種類の直線偏光光を射出する。プロジェクタに用いら
れる偏光分離素子は、通常、所定の方向に沿って所定の
傾きで交互に配列された複数の偏光分離膜と複数の反射
膜とを備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、スクリーン
上に表示される画像をできるだけ明るくするためには、
偏光変換素子に入射する非偏光な光を、効率よく１種類
の直線偏光光に変換することが好ましい。すなわち、偏
光分離素子の透過・反射特性をできるだけ向上させるこ
とが望まれている。

【０００５】しかし、従来の偏光分離素子においては、
各偏光分離膜はすべて、一定の入射角で入射する光を効
率よく２種類の直線偏光光に分離するように設計されて
いる。したがって、各偏光分離膜に入射する光の入射角
がそれぞれ異なるような場合には、効率よく分離するこ
とが困難となってしまう。

【０００６】この発明は、従来技術における上述の課題
を解決するためになされたものであり、偏光分離素子に
入射する光を２種類の偏光光に効率よく分離することの
できる技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第
１の装置は、偏光分離素子であって、所定の方向に沿っ
て所定の傾きで配列され、入射する光を２種類の偏光光
に分離するための複数の偏光分離膜と、前記偏光分離膜
とほぼ平行になるように前記偏光分離膜と交互に配置さ
れ、前記偏光分離膜によって分離された一方の偏光光を
反射するための複数の反射膜と、を備え、前記複数の偏
光分離膜のうちの少なくとも１つの偏光分離膜は、他の
偏光分離膜と異なる膜構造を有することを特徴とする。

【０００８】本発明の偏光分離素子は、複数の偏光分離
膜のうちの少なくとも１つは他と異なる膜構造を有して
いるので、膜構造をうまく設定することにより、偏光分
離素子に入射する光を２種類の偏光光に効率よく分離す
ることが可能となる。

【０００９】上記の偏光分離素子において、前記複数の
偏光分離膜の膜構造は、各偏光分離膜に入射する光線束
の主光線の入射角に応じて変更されていることが好まし
い。

【００１０】あるいは、上記の偏光分離素子において、
前記複数の偏光分離膜の膜構造は、各偏光分離膜に入射
する光線束のうち、光の強度が最も大きな光線の入射角
に応じて変更されているようにしてもよい。

【００１１】このようにすれば、偏光分離素子に入射す
る光を２種類の偏光光に効率よく分離する偏光分離膜の
膜構造を容易に決定することが可能である。

【００１２】上記の偏光分離素子において、前記膜構造
の変更は、前記入射角が小さくなるほど前記偏光分離膜
の膜厚を小さくすることによって実現されていることが
好ましい。

【００１３】あるいは、上記の偏光分離素子において、
前記膜構造の変更は、前記入射角が小さくなるほど前記
偏光分離膜の屈折率を小さくすることによって実現され
ているようにしてもよい。

【００１４】このように、入射角に応じて膜厚や屈折率
などを変化させることによって、偏光分離膜の膜構造を
容易に変更することが可能である。

【００１５】上記の偏光分離素子において、前記複数の
偏光分離膜の膜構造は、配列された順に単調に変更され
ていることが好ましい。

【００１６】各偏光分離膜に入射する光の入射角は、通
常、所定の方向に沿って大きくなったり、小さくなった
りする傾向を有している。したがって、複数の偏光分離
膜の膜構造を配列された順に単調に変化させることによ
って、偏光分離素子に入射する光を２種類の偏光光に効
率よく分離することが可能となる。

【００１７】本発明の第２の装置は、ほぼ１種類の偏光
光を射出するための偏光変換素子であって、上記のいず
れかの偏光分離素子と、前記偏光分離素子から射出され
る前記２種類の偏光光のうち、一方の偏光光を他方の偏
光光に変換するための選択位相差板と、を備えることを
特徴とする。

【００１８】また、本発明の第２の装置は、ほぼ１種類
の偏光光を射出するための偏光変換素子であって、請求
項１ないし６のいずれかに記載の偏光分離素子を、前記
所定の方向に沿って直線上に２つ対称に並べることによ
って構成された偏光分離素子対と、前記偏光分離素子対
から射出される前記２種類の偏光光のうち、一方の偏光
光を他方の偏光光に変換するための選択位相差板と、を
備えることを特徴とする。

【００１９】これらの偏光変換素子では、本発明の偏光
分離素子が用いられている。したがって、偏光分離素子
に入射した光を２種類の偏光光に効率よく分離すること
ができ、この結果、偏光変換素子は、ほぼ１種類の偏光
光を効率よく射出することが可能となる。

【００２０】本発明の第３の装置は、所定の照明領域を
照明するための照明光学系であって、入射する光線束を
複数の部分光線束に分割する光線束分割素子と、前記光
線束分割素子から射出された前記複数の部分光線束をほ
ぼ１種類の偏光光に変換するための上記の偏光変換素子
と、を備え、前記偏光変換素子から射出された光は、前
記所定の照明領域において重畳されることを特徴とす
る。

【００２１】この照明光学系では、本発明の偏光分離素
子が用いられている。このような照明光学系を用いれ
ば、所定の照明領域をより明るく照明することが可能で
ある。

【００２２】さらに、上記の照明光学系において、前記
光線束分割素子に入射する光線束を射出する光源装置を
備えるようにしてもよい。

【００２３】本発明の第４の装置は、プロジェクタであ
って、上記のいずれかの照明光学系と、前記照明光学系
からの光を画像情報に応じて変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置で得られる変調光線束を投写する投写
光学系と、を備えることを特徴とする。

【００２４】このプロジェクタでは、本発明の偏光分離
素子が用いられている。このようなプロジェクタを用い
れば、より明るい画像を投写表示することが可能とな
る。

【００２５】さらに、上記のプロジェクタにおいて、前
記電気光学装置に前記画像情報を供給して駆動するため
の駆動部を備えるようにしてもよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：次に、本発明の
実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、本発明
を適用したプロジェクタの一例を示す概略構成図であ
る。プロジェクタ１０００は、照明光学系１００と、色
光分離光学系２００と、リレー光学系２２０と、３枚の
液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、ク
ロスダイクロイックプリズム３２０と、投写光学系３４
０とを備えている。

【００２７】照明光学系１００は、後述するように、ほ
ぼ偏光方向の揃った１種類の直線偏光光を射出する。照
明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２
００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色
光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバル
ブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて画像情報に応
じて変調される。ここで、液晶ライトバルブ３００Ｒ，
３００Ｇ，３００Ｂは、本発明における電気光学装置に
相当する液晶パネルと、その光入射面側および光射出面
側に配置された偏光板とによって構成されている。な
お、各液晶ライトバルブには、液晶パネルに画像情報を
供給して駆動させるための図示しない駆動部が接続され
ている。液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００
Ｂにおいて画像情報に応じて変調された変調光線束は、
クロスダイクロイックプリズム３２０で合成され、投写
光学系３４０によってスクリーンＳＣ上に投写される。
これにより、スクリーンＳＣ上に画像が表示されること
となる。なお、図１に示すようなプロジェクタの各部の
構成および機能については、例えば、本願出願人によっ
て開示された特開平１０−３２５９５４号公報に詳述さ
れているので、本明細書において詳細な説明は省略す
る。

【００２８】図２は、図１の照明光学系１００を拡大し
て示す説明図である。この照明光学系１００は、光源装
置１２０と、第１のレンズアレイ１４０と、第２のレン
ズアレイ１５０と、偏光変換素子１６０とを備えてい
る。光源装置１２０と第１および第２のレンズアレイ１
４０，１５０とは、光源光軸１２０ａｘを基準として配
置されており、偏光変換素子１６０は、システム光軸１
００ａｘを基準として配置されている。光源光軸１２０
ａｘは、光源装置１２０から射出される光線束の中心軸
であり、システム光軸１００ａｘは、偏光変換素子１６
０から射出される光線束の中心軸である。図示するよう
に、システム光軸１００ａｘと光源光軸１２０ａｘと
は、ｘ方向に所定のずれ量Ｄｐだけほぼ平行にずれてい
る。このずれ量Ｄｐについては後述する。なお、図２に
おいて、照明光学系１００が照明する照明領域ＬＡは、
図１の液晶ライトバルブ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ
に対応する。

【００２９】光源装置１２０は、光源ランプ１２２と、
回転楕円面形状の凹面を有するリフレクタ１２４とを備
えている。光源ランプ１２２は、リフレクタ１２４の回
転楕円面の第１焦点近傍に配置されている。光源ランプ
１２２から射出された光は、リフレクタ１２４によって
反射され、反射光は、リフレクタ１２４の第２焦点に向
かって集光されつつ進む。

【００３０】第１のレンズアレイ１４０は、マトリクス
状に配列された複数の小レンズ１４２を有している。各
小レンズ１４２は平凸レンズであり、ｚ方向から見たと
きの外形形状は、照明領域ＬＡ（液晶ライトバルブ）と
相似形となるように設定されている。第１のレンズアレ
イ１４０は、光源装置１２０から射出された略平行な光
線束を複数の部分光線束に分割して射出する。なお、第
１のレンズアレイ１４０が、本発明における光線束分割
素子に相当する。

【００３１】第２のレンズアレイ１５０は、マトリクス
状に配列された複数の小レンズ１５２を有しており、第
１のレンズアレイ１４０と相似形のものが用いられてい
る。第２のレンズアレイ１５０は、第１のレンズアレイ
１４０から射出された部分光線束を偏光変換素子１６０
の所定の領域に入射させる機能を有している。

【００３２】第１のレンズアレイ１４０の各小レンズ１
４２から射出された部分光線束は、図示するように、第
２のレンズアレイ１５０を介して、その近傍位置、すな
わち、偏光変換素子１６０内において集光される。

【００３３】図３は、偏光変換素子１６０を示す説明図
である。図３（Ａ）は、偏光変換素子１６０の斜視図を
示しており、図３（Ｂ）は、＋ｙ方向から見たときの平
面図の一部を示している。偏光変換素子１６０は、遮光
板６２と、偏光ビームスプリッタアレイ６４と、選択位
相差板６６とを備えている。なお、偏光ビームスプリッ
タアレイ６４が、本発明における偏光分離素子に相当す
る。

【００３４】偏光ビームスプリッタアレイ６４は、図３
（Ａ）に示すように、略平行四辺形の断面を有する柱状
の透光性板材６４ｃが複数貼り合わされて構成されてい
る。各透光性板材６４ｃの界面には、偏光分離膜６４ａ
と反射膜６４ｂとが交互に形成されている。偏光分離膜
６４ａとしては誘電体多層膜が用いられており、反射膜
６４ｂとしては金属膜が用いられている。

【００３５】遮光板６２は、遮光面６２ｂと開口面６２
ａとがストライプ状に配列されて構成されている。遮光
板６２は、遮光面６２ｂに入射する光線束を遮り、開口
面６２ａに入射する光線束を通過させる機能を有してい
る。遮光面６２ｂと開口面６２ａとは、第１のレンズア
レイ１４０（図２）から射出された部分光線束が偏光ビ
ームスプリッタアレイ６４の偏光分離膜６４ａのみに入
射し、反射膜６４ｂには入射しないように配列されてい
る。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、遮光板６２
の開口面６２ａの中心は、偏光ビームスプリッタアレイ
６４の偏光分離膜６４ａの中心とほぼ一致するように配
置されている。また、開口面６２ａのｘ方向の開口幅Ｗ
ｐは、偏光分離膜６４ａのｘ方向の大きさとほぼ等しく
設定されている。このとき、遮光板６２の開口面６２ａ
を通過した光線束は、そのほとんど全てが偏光分離膜６
４ａのみに入射し、反射膜６４ｂには入射しないことと
なる。なお、遮光板６２としては、平板状の透明体（例
えばガラス板）に遮光性の膜（例えばクロム膜や、アル
ミニウム膜、誘電体多層膜など）を部分的に形成したも
のを用いることができる。また、アルミニウム板のよう
な遮光性の平板に開口部を設けたものを用いてもよい。

【００３６】第１のレンズアレイ１４０（図２）から射
出された各部分光線束は、図３（Ｂ）に示すように、遮
光板６２の開口面６２ａに入射する。開口面６２ａを通
過した部分光線束は、偏光分離膜６４ａに入射する。偏
光分離膜６４ａは、入射した部分光線束をｓ偏光の部分
光線束とｐ偏光の部分光線束とに分離する。このとき、
ｐ偏光の部分光線束は偏光分離膜６４ａを透過し、ｓ偏
光の部分光線束は偏光分離膜６４ａで反射される。偏光
分離膜６４ａで反射されたｓ偏光の部分光線束は、反射
膜６４ｂに向かい、反射膜６４ｂにおいてさらに反射さ
れる。

【００３７】選択位相差板６６は、開口層６６ａとλ／
２位相差層６６ｂとによって構成されている。なお、本
実施例において、開口層６６ａは、λ／２位相差層６６
ｂが形成されていない部分である。開口層６６ａは、入
射する直線偏光光をそのまま透過する機能を有してい
る。一方、λ／２位相差層６６ｂは、入射する直線偏光
光を、偏光方向が直交する直線偏光光に変換する機能を
有している。本実施例においては、図３（Ｂ）に示すよ
うに、偏光分離膜６４ａを透過したｐ偏光の部分光線束
は、λ／２位相差層６６ｂに入射する。したがって、ｐ
偏光の部分光線束は、λ／２位相差層６６ｂにおいて、
ｓ偏光の部分光線束に変換されて射出される。一方、反
射膜６４ｂで反射されたｓ偏光の部分光線束は、開口層
６６ａに入射するので、ｓ偏光の部分光線束のまま射出
される。すなわち、偏光変換素子１６０に入射した非偏
光な部分光線束は、ｓ偏光の部分光線束に変換されて射
出されることとなる。なお、反射膜６４ｂで反射される
ｓ偏光の部分光線束の射出面だけにλ／２位相差層６６
ｂを配置することにより、偏光変換素子１６０に入射す
る部分光線束をｐ偏光の部分光線束に変換して射出する
こともできる。選択位相差板６６としては、開口層６６
ａの部分に何も設けず、単に、λ／２位相差層６６ｂを
ｐ偏光の部分光線束またはｓ偏光の部分光線束の射出面
に貼りつけるようなものであってもよい。

【００３８】図３（Ｂ）から分かるように、偏光変換素
子１６０から射出される２つのｓ偏光光の中心は、入射
する非偏光な光（ｓ偏光光＋ｐ偏光光）の中心よりも＋
ｘ方向にずれている。このずれ量は、λ／２位相差層６
６ｂの幅Ｗｐ（すなわち、偏光分離膜６４ａのｘ方向の
大きさ）の半分に等しい。このため、図２に示すよう
に、光源光軸１２０ａｘとシステム光軸１００ａｘと
は、Ｗｐ／２に等しい距離Ｄｐだけずれている。

【００３９】第１のレンズアレイ１４０から射出された
各部分光線束は、上記のように、偏光変換素子１６０に
よって２種類の偏光光に分離されるとともに、ほぼ偏光
方向の揃った１種類の直線偏光光に変換される。偏光方
向の揃った複数の部分光線束は、図２に示すように照明
領域ＬＡ上で重畳されることとなる。このとき、照明領
域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となってい
る。

【００４０】ところで、従来の偏光ビームスプリッタア
レイは、図３（Ｂ）に示すように、偏光分離膜に入射す
る光線が所定の入射角（例えば、約４５度）で入射する
ときに、最も効率よく２種類の直線偏光光に分離するよ
うに設計されている。したがって、偏光分離膜に入射す
る光線の入射角が所定の角度からずれると、偏光分離膜
は、２種類の偏光光にうまく分離することができなくな
る。具体的には、偏光分離膜において選択すべき偏光光
の透過率や反射率が低下したり、偏光分離膜を透過する
光の波長や反射する光の波長がずれたりするという問題
がある。

【００４１】本実施例では、図２に示すように、光源装
置１２０から射出された光は、集光されつつ進み、第１
および第２のレンズアレイ１４０，１５０を介して偏光
変換素子１６０に入射する。このため、偏光変換素子１
６０の各偏光分離膜６４ａに入射する光線の入射角は互
いに異なっている。このような場合に、従来の偏光ビー
ムスプリッタアレイを用いると、偏光分離膜は所望の光
学特性を発揮することができず、スクリーンＳＣ上に表
示される画像が暗くなったり、正確な色を表現できなか
ったりする。本発明においては、偏光ビームスプリッタ
アレイ６４に含まれる各偏光分離膜６４ａの膜構造を工
夫することによって、偏光ビームスプリッタアレイ６４
の光学特性を向上させている。

【００４２】図４は、図２の偏光変換素子１６０に入射
する光を拡大して示す説明図である。第１のレンズアレ
イ１４０（図２）から射出された各部分光線束の主光線
Ｌｃは、図示するような入射角θｃで偏光分離膜６４ａ
に入射している。すなわち、図中、＋ｘ方向に向かうに
つれて、主光線Ｌｃの入射角θｃが小さくなっている。
なお、本明細書において、主光線Ｌｃは、略矩形の第１
のレンズアレイ１４０（図２）の中心を通る光線を意味
している。

【００４３】本実施例の偏光ビームスプリッタアレイ６
４では、各偏光分離膜６４ａは、入射する主光線Ｌｃの
入射角θｃに応じて設計されている。すなわち、この偏
光ビームスプリッタアレイ６４では、＋ｘ方向に向かう
につれて、換言すれば、入射角θｃが小さくなるにつれ
て偏光分離膜６４ａの膜厚が小さくなっている。このよ
うな偏光分離膜６４ａを有する偏光ビームスプリッタア
レイ６４を用いれば、入射する部分光線束を効率よく２
種類の直線偏光光に分離することが可能となる。偏光分
離膜６４ａの膜厚の変更は、実際には、誘電体多層膜の
少なくとも一部の層の膜厚を入射角θｃに応じて変化さ
せることによって実現される。偏光ビームスプリッタア
レイ６４は、偏光分離膜と金属膜とを形成した第１の透
光性板材と、何も形成されていない第２の透光性板材と
を、各々複数枚ずつ用意し、これらを交互に接着剤で貼
り合わせて透光性板材のブロックを形成し、それを板材
の面に対して所定角度で切断することによって形成する
ことができる。あるいは、偏光分離膜の形成された第１
の透光性板材と、偏光分離膜の形成されていない第２の
透光性板材とを、各々複数枚ずつ用意し、これらを交互
に接着剤で貼り合わせて透光性板材のブロックを形成
し、それを板材の面に対して所定角度で切断することに
よって形成することができる。よって、偏光分離膜６４
ａの膜厚を変更するには、偏光分離膜の膜厚が異なる第
１の透光性板材を用意すれば良い。そして、本実施例の
偏光ビームスプリッタアレイ６４の場合は、透光性板材
のブロックを形成する際に、＋ｘ方向に向かうにつれて
偏光分離膜の膜厚が小さくなるように、第１の透光性板
材と第２の透光性板材とを貼り合わせていけば良い。

【００４４】なお、本実施例では、上記のように偏光分
離膜６４ａの膜厚を変更しているが、これに代えて、偏
光分離膜６４ａの屈折率を変更するようにしてもよい。
この場合には、入射角θｃが小さくなるにつれて偏光分
離膜６４ａの屈折率を小さくすればよい。偏光分離膜６
４ａの屈折率の変更は、実際には、誘電体多層膜の各層
の屈折率を入射角θｃに応じて変化させることによって
実現される。なお、各層の屈折率は、各層を形成する材
料を変えることによって変更可能である。また、各層の
屈折率は、各層を形成する際の成膜条件を変えることに
よっても変更できる。この場合には、偏光分離膜の材料
や成膜条件が異なる第１の透光性板材を用意して、透光
性板材のブロックを形成する際に、＋ｘ方向に向かうに
つれて屈折率が小さくなるように、第１の透光性板材と
第２の透光性板材とを貼り合わせていけば良い。

【００４５】また、偏光分離膜６４ａの膜厚を変更する
とともに、偏光分離膜６４ａの屈折率を変更するように
してもよい。この場合には、例えば、偏光分離膜の膜厚
及び屈折率が異なる第１の透光性板材を用意して、透光
性板材のブロックを形成する際に、＋ｘ方向に向かうに
つれて膜厚及び屈折率が小さくなるように、第１の透光
性板材と第２の透光性板材とを貼り合わせていけば良
い。

【００４６】さらに、偏光分離膜６４ａを構成する誘電
体多層膜の層数を、入射角θｃに応じて変更するように
してもよい。なお、誘電体多層膜の層数の変更は、入射
角θｃにあまり依存しないと考えられるが、この場合に
も、例えば、誘電体多層膜の層数が異なる第１の透光性
板材を用意して、透光性板材のブロックを形成する際
に、＋ｘ方向に向かうにつれて層数が小さくなるよう
に、第１の透光性板材と第２の透光性板材とを貼り合わ
せるようにしてもよい。このような偏光分離膜６４ａを
有する偏光ビームスプリッタアレイ６４を用いても、入
射する部分光線束を効率よく２種類の直線偏光光に分離
できる可能性がある。

【００４７】このように、偏光ビームスプリッタアレイ
６４に含まれる複数の偏光分離膜６４ａの膜構造は、入
射する光線束の主光線Ｌｃの入射角θｃに応じて変更さ
れていればよい。なお、図４においては、各偏光分離膜
６４ａに入射する主光線Ｌｃの入射角θｃは、偏光分離
膜６４ａの配列方向に沿って変化しているが、入射角θ
ｃが偏光分離膜６４ａの配列方向に沿って変化しないよ
うな場合にも、各偏光分離膜の膜構造は、入射角θｃに
応じて変更されていることが望ましい。

【００４８】以上説明したように、本実施例の偏光ビー
ムスプリッタアレイ６４は、所定の方向に沿って所定の
傾きで配列され、入射する光を２種類の偏光光に分離す
るための複数の偏光分離膜６４ａと、偏光分離膜とほぼ
平行になるように偏光分離膜と交互に配置され、偏光分
離膜によって分離された一方の偏光光を反射するための
複数の反射膜６４ｂとを備えている。そして、複数の偏
光分離膜のうちの少なくとも１つの偏光分離膜は、他の
偏光分離膜と異なる膜構造を有している。これにより、
各偏光分離膜６４ａに入射する光に応じた膜構造を決定
することができるので、偏光ビームスプリッタアレイ６
４に入射する光を２種類の偏光光に効率よく分離するこ
とが可能となる。

【００４９】また、このような偏光ビームスプリッタア
レイ６４を用いた照明光学系１００では、照明領域ＬＡ
をより明るく照明することが可能となる。さらに、この
照明光学系１００を用いたプロジェクタでは、より明る
い画像を投写表示することが可能となるとともに、より
正確な色を表現することが可能となる。

【００５０】Ｂ．第２実施例：図５は、第２実施例とし
ての照明光学系１００Ａを示す説明図である。本実施例
の照明光学系１００Ａは、偏光変換素子１６０Ａが変更
されていること以外、第１実施例の照明光学系１００
（図２）と同じである。すなわち、本実施例の偏光変換
素子１６０Ａでは、第１実施例と同じような偏光ビーム
スプリッタアレイ６４をｘ方向に沿って直線上に２つ対
称に並べることによって構成された偏光分離素子対を備
えている。このとき、２つの偏光変換素子要素１６０Ａ
１，１６０Ａ２のそれぞれに含まれる偏光分離膜６４ａ
の傾きは、システム光軸１００ａｘに対して対称となっ
ている。このように、本実施例においては、偏光変換素
子１６０Ａとして、偏光分離素子対が用いられているの
で、光源光軸１２０ａｘとシステム光軸１００ａｘとは
一致している。

【００５１】図６は、図５の偏光変換素子１６０Ａに入
射する光を示す説明図である。本実施例においては、上
記のように偏光変換素子１６０Ａのみが変更されている
ので、偏光変換素子１６０Ａに入射する各部分光線束
は、第１実施例（図４）と同じである。ただし、本実施
例の偏光変換素子１６０Ａは、２つの偏光変換素子要素
１６０Ａ１，１６０Ａ２がｘ方向に沿って対称に配置さ
れているので、各偏光分離膜６４ａに入射する部分光線
束の主光線Ｌｃの入射角θｃが異なっている。すなわ
ち、システム光軸１００ａｘから±ｘ方向に向かうにつ
れて、入射角θｃが次第に小さくなっている。したがっ
て、本実施例の偏光変換素子１６０Ａにおいては、入射
角θｃの小さくなる±ｘ方向に向かうにつれて、偏光分
離膜６４ａの膜厚が小さくなっている。

【００５２】なお、本実施例においても、第１実施例と
同様に、複数の偏光分離膜６４ａの膜構造の変更は、膜
厚の他、屈折率や多層膜の層数などを変更することによ
って実現するようにしてもよい。そして、本実施形態の
偏光変換素子１６０Ａを製造する場合には、第１の実施
形態で説明したのと同様の方法で形成した偏光変換素子
を２つ準備しておき、それらを、互いの偏光分離膜が向
き合うように、かつ、入射角θｃの小さくなる±ｘ方向
に向かうにつれて偏光分離膜６４ａの膜厚、屈折率など
が小さくなっていくように、配置すれば良い。

【００５３】このような偏光変換素子１６０Ａを用いる
場合にも、第１実施例と同様に、２つの偏光ビームスプ
リッタアレイ６４は、入射する部分光線束を効率よく２
種類の直線偏光光に分離することができる。

【００５４】また、本実施例の偏光変換素子１６０Ａを
用いる場合には、第１実施例の偏光変換素子１６０より
も容易に作製可能であるという利点がある。すなわち、
第１実施例（図４）の偏光変換素子１６０は、６つの偏
光分離膜がそれぞれ異なる膜構造を有するように作製さ
れているが、本実施例の偏光変換素子１６０Ａは、同じ
偏光ビームスプリッタアレイ６４を２つ使用した偏光分
離素子対を利用するので、３つの偏光分離膜がそれぞれ
異なる膜構造を有するように作製されていれば済むとい
う利点がある。

【００５５】Ｃ．第３実施例：図７は、第３実施例とし
ての照明光学系１００Ｂを示す説明図である。本実施例
の照明光学系１００Ｂは、光源装置１２０Ｂと第１のレ
ンズアレイ１４０Ｂとが変更されていること以外、第２
実施例の照明光学系１００Ａ（図５）と同じである。

【００５６】本実施例の光源装置１２０Ｂは、回転放物
面形状の凹面を有するリフレクタ１２４Ｂを備えてい
る。リフレクタ１２４Ｂの焦点近傍に配置された光源ラ
ンプ１２２から射出された光は、リフレクタ１２４Ｂに
よって反射され、反射光は、光源光軸１２０ａｘと略平
行な光線束となって射出される。

【００５７】また、本実施例の第１のレンズアレイ１４
０Ｂは、複数の偏心された小レンズ１４２Ｂを含んでい
る。このような第１のレンズアレイ１４０Ｂを用いれ
ば、光源装置１２０Ｂから射出された略平行な光線束
は、複数の部分光線束に分割されるとともに、その主光
線Ｌｃが光源光軸１２０ａｘに向かう光となる。すなわ
ち、この第１のレンズアレイ１４０Ｂから射出された複
数の部分光線束は、第２実施例（図５）の第１のレンズ
アレイ１４０から射出される複数の部分光線束とほぼ同
じとなっている。

【００５８】したがって、本実施例の照明光学系１００
Ｂを用いる場合にも、各部分光線束の主光線Ｌｃは、偏
光変換素子１６０Ａの各偏光分離膜６４ａに、第２実施
例と同様の入射角θｃで入射することとなる。したがっ
て、本実施例の照明光学系１００Ｂを用いる場合にも、
２つの偏光ビームスプリッタアレイ６４は、入射する各
部分光線束を効率よく２種類の直線偏光光に分離するこ
とが可能である。

【００５９】なお、本実施例においても、第２実施例と
同様に、複数の偏光分離膜６４ａの膜構造の変更は、膜
厚の他、屈折率や多層膜の層数などを変更することによ
って実現するようにしてもよい。偏光変換素子１６０Ａ
を製造する方法については、第２実施例で説明した通り
である。

【００６０】Ｄ．第４実施例：図８は、第４実施例とし
ての照明光学系１００Ｃを示す説明図である。本実施例
の照明光学系１００Ｃは、光源装置１２０Ｂと、第１お
よび第２のレンズアレイ１４０Ｃ，１５０Ｃと、偏光変
換素子１６０Ｃと、重畳レンズ１７０とを備えている。
本実施例の光源装置１２０Ｂは、第３実施例（図７）と
同じであり、略平行な光線束を射出する。なお、本実施
例では、偏光変換素子１６０Ｃとして、第１実施例と同
じような１つの偏光ビームスプリッタアレイ６４が用い
られているので、光源光軸１２０ａｘとシステム光軸１
００ａｘとは、所定の距離Ｄｐだけずれている。

【００６１】本実施例では、第１のレンズアレイ１４０
Ｃと第２のレンズアレイ１５０Ｃとは、ほぼ同じ形状の
ものが用いられている。第１のレンズアレイ１４０Ｃか
ら射出された各部分光線束は、第２のレンズアレイ１５
０Ｃを介して、偏光変換素子１６０Ｃ内において集光さ
れる。偏光変換素子１６０Ｃから射出された偏光方向の
揃った１種類の直線偏光光は、重畳レンズ１７０を通過
することによって照明領域ＬＡ上に重畳される。

【００６２】ところで、本実施例においては、第１のレ
ンズアレイ１４０Ｃから射出された部分光線束の主光線
Ｌｃは、偏光変換素子１６０Ｃに含まれる各偏光分離膜
６４ａに一定の入射角で入射する。このように、各部分
光線束の主光線Ｌｃが、偏光分離膜６４ａに一定の入射
角で入射する場合にも、本発明を適用することが可能で
ある。

【００６３】すなわち、光源装置１２０Ｂから射出され
る光線束は、通常、光源光軸１２０ａｘ付近で光の強度
が最大となり、光源光軸１２０ａｘから離れるにつれて
次第に小さくなる。また、光源ランプ１２２自体の影響
により、光源光軸１２０ａｘ近傍の光の強度は、その周
辺の光の強度より少し小さくなっている。このような不
均一な強度分布を有する光線束が第１のレンズアレイ１
４０Ｃによって分割されると、各偏光分離膜６４ａに入
射する部分光線束も不均一な強度分布を有することとな
る。そこで、本実施例の偏光変換素子１６０Ｃでは、各
偏光分離膜６４ａに入射する部分光線束のうち、光の強
度が最大となる光線の入射角に応じて偏光分離膜６４ａ
の膜構造を変更している。

【００６４】図９は、図８の偏光変換素子１６０Ｃに入
射する光を示す説明図である。本実施例においては、各
部分光線束の主光線Ｌｃは、約４５度の入射角で偏光分
離膜６４ａに入射している。一方、各部分光線束のう
ち、光の強度が最も大きな光線Ｌｍは、図示するような
入射角θｍで入射している。すなわち、図中、＋ｘ方向
に向かうにつれて、光線Ｌｍの入射角θｍが次第に大き
くなっている。したがって、本実施例の偏光変換素子１
６０Ｃにおいては、入射角θｍの大きくなる＋ｘ方向に
向かうにつれて、偏光分離膜６４ａの膜厚が大きくなっ
ている。このような偏光分離膜６４ａを有する偏光ビー
ムスプリッタアレイ６４を用いても、入射する部分光線
束のうち、強度の比較的大きな光を効率よく２種類の直
線偏光光に分離することが可能となる。

【００６５】本実施例のように、第１のレンズアレイ１
４０Ｃから射出された各部分光線束の主光線Ｌｃが光源
光軸１２０ａｘとほぼ平行に進むような場合にも、換言
すれば、偏光変換素子１６０Ｃの各偏光分離膜６４ａに
主光線Ｌｃが一定の入射角で入射するような場合にも、
第２実施例（図５）のような変形が可能である。この場
合には、偏光分離素子対に含まれる各偏光分離膜は、入
射角θｍの大きくなる±ｘ方向に向かうにつれて膜厚が
大きくなるようにすればよい。

【００６６】本実施例においても、第１〜第３実施例と
同様に、複数の偏光分離膜６４ａの膜構造の変更は、膜
厚の他、屈折率や多層膜の層数を変更することによって
実現するようにしてもよい。このように、本実施例の偏
光ビームスプリッタアレイ６４に含まれる複数の偏光分
離膜６４ａの膜構造は、入射する光線束のうち、光の強
度が最も大きな光線の入射角θｍに応じて変更されてい
ればよい。偏光変換素子１６０Ｃを製造する方法につい
ては、第１実施例や第２実施例で説明したのと同様の方
法を適用することが可能である。なお、図９において
は、各偏光分離膜６４ａに入射する光線束のうち、光の
強度が最も大きな光線Ｌｍの入射角θｍは、偏光分離膜
６４ａの配列方向に沿って変化しているが、入射角θｍ
が偏光分離膜６４ａの配列方向に沿って変化しないよう
な場合にも、各偏光分離膜の膜構造は、入射角θｍに応
じて変更されていることが望ましい。

【００６７】以上説明したように、本実施例の偏光ビー
ムスプリッタアレイ６４においても、複数の偏光分離膜
のうちの少なくとも１つの偏光分離膜は、他の偏光分離
膜と異なる膜構造を有している。これにより、各偏光分
離膜６４ａに入射する光に応じた膜構造を決定すること
ができるので、偏光ビームスプリッタアレイ６４に入射
する光を２種類の偏光光に効率よく分離することが可能
となる。

【００６８】なお、この発明は上記の実施例や実施形態
に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の態様において実施することが可能であり、
例えば次のような変形も可能である。

【００６９】（１）上記第１〜第３実施例では、複数の
偏光分離膜６４ａの膜構造は、各偏光分離膜６４ａに入
射する部分光線束の主光線Ｌｃの入射角θｃに応じて決
定されているが、他の光線の入射角に応じて決定するよ
うにしてもよい。例えば、第４実施例のように、各偏光
分離膜６４ａに入射する部分光線束のうち、光の強度が
最大となる光線の入射角θｍに応じて偏光分離膜の膜構
造を決定するようにしてもよい。

【００７０】（２）上記実施例では、偏光ビームスプリ
ッタアレイ６４に含まれる複数の偏光分離膜６４ａは、
それぞれ異なる膜構造を有していたが、複数の偏光分離
膜６４ａのうちの一部は、同じ膜構造であってもよい。
例えば、図４の偏光ビームスプリッタアレイ６４に含ま
れる６つの偏光分離膜６４ａのうち、隣り合う２つの偏
光分離膜は同じ膜構造であってもよい。すなわち、偏光
分離素子に含まれる複数の偏光分離膜の膜構造は、配列
された順に単調に変更されていることが好ましい。ここ
で、「膜構造が単調に変更されている」とは、膜厚や屈
折率などが単調に増大または減少することを意味してい
る。

【００７１】（３）上記実施例では、偏光ビームスプリ
ッタアレイ６４は、同じ大きさの偏光分離膜６４ａと反
射膜６４ｂとの組を複数組含んでいるが、異なる大きさ
の組を含むようにしてもよい。例えば、システム光軸１
００ａｘから離れるにつれて偏光分離膜６４ａと反射膜
６４ｂとの組の大きさを小さくするようにしてもよい。

【００７２】（４）上記実施例では、図３において説明
したように、反射膜６４ｂとして金属膜が用いられてい
るが、誘電体多層膜を利用するようにしてもよい。反射
膜６４ｂとして誘電体多層膜を利用する場合には、各偏
光分離膜６４ａの膜構造の変更するとともに、反射膜６
４ｂの膜構造を変更するようにしてもよい。こうすれ
ば、偏光分離膜６４ａで反射されたｓ偏光光を、反射膜
６４ｂにおいて効率よく反射させることが可能となる。

【００７３】（５）上記実施例では、図２の照明光学系
１００をプロジェクタに適用した例のみを示しているが
（図１）、第２〜第４の実施形態の照明光学系１００Ａ
〜１００Ｃをプロジェクタに適用しても良い。

【００７４】（６）上記実施例のプロジェクタ１０００
においては、透過型のプロジェクタに本発明を適用した
場合を例示しているが、本発明は反射型のプロジェクタ
にも適用することが可能である。ここで、「透過型」と
は、透過型液晶パネル等のように光変調手段としての電
気光学装置が光を透過するタイプであることを意味して
おり、「反射型」とは、反射型液晶パネルのように光変
調手段としての電気光学装置が光を反射するタイプであ
ることを意味している。また、電気光学装置も液晶パネ
ルには限られない。

【００７５】（７）上記実施例のプロジェクタ１０００
は、カラー画像を投写表示するプロジェクタについて説
明したが、本発明は、モノクロ画像を投写表示するプロ
ジェクタにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロジェクタの一例を示す概
略構成図である。

【図２】図１の照明光学系１００を拡大して示す説明図
である。

【図３】偏光変換素子１６０を示す説明図である。

【図４】図２の偏光変換素子１６０に入射する光を拡大
して示す説明図である。

【図５】第２実施例としての照明光学系１００Ａを示す
説明図である。

【図６】図５の偏光変換素子１６０Ａに入射する光を示
す説明図である。

【図７】第３実施例としての照明光学系１００Ｂを示す
説明図である。

【図８】第４実施例としての照明光学系１００Ｃを示す
説明図である。

【図９】図８の偏光変換素子１６０Ｃに入射する光を示
す説明図である。

【符号の説明】

６２…遮光板 ６２ａ…開口面 ６２ｂ…遮光面 ６４…偏光ビームスプリッタアレイ ６４ａ…偏光分離膜 ６４ｂ…反射膜 ６４ｃ…透光性板材 ６６…選択位相差板 ６６ａ…開口層 ６６ｂ…λ／２位相差層 １００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…照明光学系 １００ａｘ…システム光軸 １２０，１２０Ｂ…光源装置 １２０ａｘ…光源光軸 １２２…光源ランプ １２４，１２４Ｂ…リフレクタ １４０，１４０Ｂ，１４０Ｃ…第１のレンズアレイ １４２…小レンズ １４２Ｂ…偏心小レンズ １５０，１５０Ｃ…第２のレンズアレイ １５２…小レンズ １６０，１６０Ａ，１６０Ｃ…偏光変換素子 １６０Ａ１，１６０Ａ２…偏光変換素子要素 １７０…重畳レンズ ２００…色光分離光学系 ２２０…リレー光学系 ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ…液晶ライトバルブ ３２０…クロスダイクロイックプリズム ３４０…投写光学系 １０００…プロジェクタ ＬＡ…照明領域 ＳＣ…スクリーン θｃ…入射角 θｍ…入射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BA42 BA43 BB03 BB63 BC22 2H088 EA12 EA47 HA13 HA14 HA18 HA20 HA24 HA25 MA20 2H091 FA08X FA08Z FA10X FA11X FA11Z FA21X FA26X FA29X FA34X FA34Z FA41Z LA30 MA07 5G435 AA00 BB12 BB17 FF05 FF13 GG02 GG03 GG08 GG23 GG46 LL15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光分離素子であって、 所定の方向に沿って所定の傾きで配列され、入射する光
   を２種類の偏光光に分離するための複数の偏光分離膜
   と、 前記偏光分離膜とほぼ平行になるように前記偏光分離膜
   と交互に配置され、前記偏光分離膜によって分離された
   一方の偏光光を反射するための複数の反射膜と、を備
   え、 前記複数の偏光分離膜のうちの少なくとも１つの偏光分
   離膜は、他の偏光分離膜と異なる膜構造を有することを
   特徴とする偏光分離素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光分離素子であって、 前記複数の偏光分離膜の膜構造は、各偏光分離膜に入射
   する光線束の主光線の入射角に応じて変更されている、
   偏光分離素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の偏光分離素子であって、 前記複数の偏光分離膜の膜構造は、各偏光分離膜に入射
   する光線束のうち、光の強度が最も大きな光線の入射角
   に応じて変更されている、偏光分離素子。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の偏光分離素子で
   あって、 前記膜構造の変更は、前記入射角が小さくなるほど前記
   偏光分離膜の膜厚を小さくすることによって実現されて
   いる、偏光分離素子。
5. 【請求項５】 請求項２または３記載の偏光分離素子で
   あって、 前記膜構造の変更は、前記入射角が小さくなるほど前記
   偏光分離膜の屈折率を小さくすることによって実現され
   ている、偏光分離素子。
6. 【請求項６】 請求項１記載の偏光分離素子であって、 前記複数の偏光分離膜の膜構造は、配列された順に単調
   に変更されている、偏光分離素子。
7. 【請求項７】 ほぼ１種類の偏光光を射出するための偏
   光変換素子であって、 請求項１ないし６のいずれかに記載の偏光分離素子と、 前記偏光分離素子から射出される前記２種類の偏光光の
   うち、一方の偏光光を他方の偏光光に変換するための選
   択位相差板と、を備えることを特徴とする偏光変換素
   子。
8. 【請求項８】 ほぼ１種類の偏光光を射出するための偏
   光変換素子であって、 請求項１ないし６のいずれかに記載の偏光分離素子を、
   前記所定の方向に沿って直線上に２つ対称に並べること
   によって構成された偏光分離素子対と、 前記偏光分離素子対から射出される前記２種類の偏光光
   のうち、一方の偏光光を他方の偏光光に変換するための
   選択位相差板と、を備えることを特徴とする偏光分離素
   子。
9. 【請求項９】 所定の照明領域を照明するための照明光
   学系であって、 入射する光線束を複数の部分光線束に分割する光線束分
   割素子と、 前記光線束分割素子から射出された前記複数の部分光線
   束をほぼ１種類の偏光光に変換するための請求項７また
   は８記載の偏光変換素子と、を備え、 前記偏光変換素子から射出された光は、前記所定の照明
   領域において重畳されることを特徴とする照明光学系。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の照明光学系であって、
    さらに、 前記光線束分割素子に入射する光線束を射出する光源装
    置を備える、照明光学系。
11. 【請求項１１】 プロジェクタであって、 請求項９または１０記載の照明光学系と、 前記照明光学系からの光を画像情報に応じて変調する電
    気光学装置と、 前記電気光学装置で得られる変調光線束を投写する投写
    光学系と、を備えることを特徴とするプロジェクタ。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のプロジェクタであっ
    て、さらに、 前記電気光学装置に前記画像情報を供給して駆動するた
    めの駆動部を備える、プロジェクタ。