JP2007025293A - 偏光変換装置および投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光利用効率に優れた偏光変換装置とその偏光変換装置を用いた投射表示装置を提供する。
【解決手段】偏光変換部３０の第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３はそれぞれの四隅に設けられたＵＶ接着部２４で偏光変換部３０を保持するマスク基板に接着されることで相互の間では接着されず、接着剤はみ出しによるトラブルによる光利用のロスがない。第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３の外側中央部に段差部を設けマスク基板に設けた位置決めピン穴を貫通した位置決めピンで位置決めするので狂いがなく光利用にロスがない。第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の端部に設けた傾斜部の空間に他の偏光ビームスプリッタアレイの端部を挿入するのでそこの１／２波長部の欠落による光利用のロスを生じない。
【選択図】図５

Description

本発明は偏光変換装置および投写型表示装置に関し、特にマスク基板を備えて偏光変換部の変換損失の少ない偏光変換装置およびその偏光変換装置を備えた投写型表示装置に関する。

液晶方式の投写型表示装置では、液晶パネルが特定の直線偏光しか利用できないために自然光を液晶パネルに照射した場合にはその明るさは半減する。その問題点を解決するために自然光を特定の直線偏光に変換して液晶パネルに照射することが行なわれている。図１１は従来技術の偏光変換系の照明系システムの説明のための模式図であり、（ａ）は模式的構成図、（ｂ）は偏光ビームスプリッタアレイ近傍の模式的部分拡大図である。偏光変換系の照明系システム１６０は、光源１６１、楕円リフレクタ１６２、凹レンズ１６３、第１のインテグレータ１６４、第２のインテグレータ１６５、偏光ビームスプリッタアレイ１４０を備えた偏光変換装置１１０、フィールドレンズ１６６、集光レンズ１８１、および液晶パネル１８４から構成される。ランプである光源１６１より出射された光束は、楕円リフレクタ１６２で集光され、凹レンズ１６３、第１のインテグレータ１６４、第２のインテグレータ１６５の順に通過して均一な光束になる。その後、偏光変換装置１１０により偏光分離と偏光変換が行われて直線偏光の光束となる。さらに、フィールドレンズ１６６を通過した光束は集光レンズ１８１を経由して均一な照度分布を持って液晶パネル１８４に照射される。

偏光変換装置１１０の偏光ビームスプリッタアレイ１４０は、図１１（ｂ）に示すように断面が平行四辺形でその平行四辺形の１対の対向角が略４５°の第１の柱状プリズムおよび第２の柱状プリズムとが連設して形成され、第１の柱状プリズムの第２の柱状プリズムとの接続面には入力したランダム偏光からのＳ偏光を反射してＰ偏光を透過する偏光分離面１４４が設けられて、入射したランダム偏光な光は直進するＰ偏光光と直交方向に反射されるＳ偏光光とに分離される。第２の柱状プリズムの偏光分離面１４４と対向する面には反射面１４５が設けられ、偏光分離面１４４から反射されたＳ偏光光の光路を９０度変換してランダム偏光光の入射方向と同じ方向とする。第１の柱状プリズムの出射面にはＰ偏光をＳ偏光に転換する１／２波長板１４６が設けられて偏光分離面１４４を透過して入射したＰ偏光をＳ偏光に変換する。従って、偏光ビームスプリッタアレイ１４０からはランダム偏光から全光線がＳ偏光に変換されて照射される。

光源１６１から発せられた光束はレンズアレイから構成される第１のインテグレータ１６４により離散化され、偏光変換装置１１０のほぼ直前にそのアーク像を結び、レンズアレイから構成される第２のインテグレータ１６５を経由して偏光変換装置１１０に入射する。図１２は偏光変換装置の入射面におけるアーク像を示す模式図である。このアーク像は、図１３に示すように、実際の光源１６１の発光部が点光源ではなく、長さＡＬの持つ線光源であるので、その二次光源像の形状は略楕円になる。また、これらの略楕円形状の二次光源像は放射状に広がる。図１３はランプの構造を説明するための模式図であり、ランプ１６７の間隔ＡＬを有する陽極１６８と陰極１６９の間で放電が行なわれる。

この時、偏光光束を用いる液晶パネル型の投写型表示装置においては、光源１６１から出射されたランダム偏光の光（光束）の偏光変換装置（偏光ビームスプリッタアレイ）１１０における直線偏光への変換効率が、その投写型表示装置の明るさ即ち装置の光効率に大きく影響する。これは、図１３に示すように、実際の光源１６１の発光部が点光源ではなく、長さＡＬの持つ線光源であるので線光源のアーク像を如何に偏光変換装置（偏光ビームスプリッタアレイ）１１０の各ビームスプリッタに有効に入力させるかによって光効率が変化する。

従って、光利用効率を高くするためには、有限な形状と大きさを持つ光源像を偏光ビームスプリッタアレイで効率よく偏光変換を行う必要がある。ところが、図１２に示したように、真中より左右両側のアーク像は横向きになっており、中央より周辺のアーク像の方が小さい。従来の偏光ビームスプリッタアレイの場合は、偏光ビームスプリッタのピッチは場所によらず一定であるため、明るさの大きい真中部分の光を全部取り込もうとすると、横になっているアーク像が真中部分より長くなっているため反射面１４５の裏面に入射して有効に利用されず、偏光ビームスプリッタアレイを保持するためのマスク基板が設けられている場合には、入射用開口が設けられた金属部分で反射されてアーク端部が偏光ビームスプリッタアレイの入光部に入れなくなり損失となっていた。

特許文献１には、この問題を解決するための技術が開示されており、その偏光変換装置では、複数並列された偏光変換要素（偏光ビームスプリッタアレイ）からなる第１偏光変換素子と、偏光変換要素（偏光ビームスプリッタアレイ）からなる第２偏光変換素子とを有し、第１偏光素子の帯状有効入射領域と第２偏光素子の帯状有効入射領域とが直角になり、第２レンズアレイ（第２のインテグレータ）の各レンズの中心が第１または第２偏光素子の帯状有効入射領域の略中央ライン上に位置するように第１および第２の変更変換素子が配置されている。これによって、発光部像の有効入射領域から外れて無駄な光となっていた両端部の明るい発光像部を、第２偏光変換素子を発光部像の長手方向と同一方向にすることによりこの部分に対応させることができるので光利用効率が向上する。
特開２０００−２４９９８５号公報

特開文献１では、上述のように有限な大きさを持つ光源像を偏光変換素子（偏光ビームスプリッタアレイ）で効率よく偏光変換を行って光利用効率を高くするための技術が開示されている。アーク像の取り込みという点での解決方法としてはある程度有効であるが、実装上で次のような問題がある。
（１）一体化の問題（接着問題）
両側の第２偏光変換素子と真中の第１偏光変換素子を１つの部品にするためは両素子を密接させる必要があり、接着により一体化を行う場合、接着部分に接着剤のはみ出しが生じてしまうおそれがある。はみ出した接着剤をふき取る場合に偏光ビームスプリッタのガラス基板や１／２波長板に傷をつける恐れがあるが、この問題に対する解決手段は開示されていない。
（２）位置合せの問題
第２偏光変換素子の長手方向の中心線を設計基準とした場合に、両側の第１偏光変換素子の長手方向の中心線が第２偏光変換素子の長手方向の中心線に対し垂直にならないと設計基準に対して傾きが生じる。特許文献１では両側の第１偏光変換素子の長手方向の中心線が第２偏光変換素子の長手方向の中心線に対し垂直となるための方法は開示されていない。両側の第１偏光変換素子の長手方向の中心線が第２偏光変換素子の長手方向の中心線に対し垂直より３度傾いていた場合、片側の第１の偏光変換素子における光利用効率は約２％低下し、両側の第１の偏光変換素子の合計では最大４％も光利用効率は低下してしまう。
（３）１／２波長板問題
両側の第１偏光変換素子において、１／２波長板を偏光ビームスプリッタのガラス基板に貼り合せする場合に、製造マージンを確保するために端部より１±０．５ｍｍの隙間を設けている。これは、両側の第１偏光変換素子では通常１／２波長板を偏光ビームスプリッタのプリズムに貼り合せて第２の偏光変換素子に溶着するが、端部に隙間のない状態で１／２波長板を偏光ビームスプリッタに貼り合せを行うと、端部の１／２波長板が剥がれやすいために、通常の貼り合せ工程で故意に端部の隙間を設けるからである。また、１／２波長板の端部には通常気泡などが入っており、０．５ｍｍ程度は無効部になっている。上述した必要隙間を合計した場合、隙間は１．５±０．５ｍｍの無効部分となる。この無効部分についての光利用効率の低下を見積もると、両側を考える場合０．５ｍｍで０．３％、１ｍｍで０．８％、１．５ｍｍで３％、２．０ｍｍで６％の光利用効率の低下となる。これは、アーク像の端部が無効部に入り、この部分が損失になったためである。特許文献１にはこの損失の低減に対する解決手段は開示されていない。

本願発明の目的は、光利用効率に優れた偏光変換装置とその偏光変換装置を用いた投射表示装置を提供することにある。

本発明の偏光変換装置は、
光源から投射されたランダム偏光光を直線偏光に変換する複数の偏光ビームスプリッタが連設された偏光ビームスプリッタアレイを有する偏光変換部と、前記投射光を該偏光変換部の所定の位置に入光させるための開口部を有して該偏光変換部を保持するマスク基板とから構成される偏光変換装置であって、偏光変換部は、第１の偏光ビームスプリッタアレイと、その第１の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタの連設方向と直交する方向に偏光ビームスプリッタの連設方向を有する第２の偏光ビームスプリッタアレイおよび第３の偏光ビームスプリッタアレイとを有し、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイは、それぞれが第１の偏光ビームスプリッタアレイの連設方向の両端面に接して配置され、第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、マスク基板に接着固定されていることを特徴とする。

第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、紫外線放射（ＵＶ）による接着剤の固化によりマスク基板の所定の位置に接着されてもよい。

偏光ビームスプリッタは、断面が平行四辺形でその平行四辺形の１対の対向角が略４５°の第１の柱状プリズムおよび第２の柱状プリズムが連設されて形成され、第１の柱状プリズムの第２の柱状プリズムとの接続面には、入力したランダム偏光から第１の偏光を反射するとともに第２の偏光を透過する偏光分離面が設けられ、第２の柱状プリズムの偏光分離面と対向する面には反射面が設けられ、第１の柱状プリズムの出射面には第２の偏光を第１の偏光に転換する１／２波長板が設けられていてもよい。

第１の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタの幅は、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタの幅よりも広くなるように第１および第２の柱状プリズムが形成されており、第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、偏光ビームスプリッタの連設方向に垂直な中心線を中心として、両側の偏光ビームスプリッタが対称になるように配置されていてもよく、第１の偏光ビームスプリッタアレイでは、中心線で隣接する偏光ビームスプリッタの１／２反射板が互いに隣接するように配置され、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイでは、中心線で隣接する偏光ビームスプリッタの１／２反射板が互いに離れるように配置されていてもよい。

第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは偏光ビームスプリッタの連設方向に垂直な中心線を境界線として、境界線に垂直な外側の両側の端面がその境界線方向に段差を有しており、マスク基板には段差の部分に接触して偏光ビームスプリッタアレイを固定する位置決めピン用のねじ穴が設けられており、第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイはねじ穴に挿入された位置決めピンによりマスク基板に位置決めされてもよい。

第１の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタ連設方向の両端の偏光ビームスプリッタの開放側の端面は、１／２波長板の配置された面からマスク基板に向けて内側に向かう傾斜面となっており、第２の偏光ビームスプリッタアレイおよび第３の偏光ビームスプリッタアレイの第１の偏光ビームスプリッタアレイと対向する端面は、第１の偏光ビームスプリッタアレイの傾斜端面に挿入される状態でマスク基板に固定されていてもよい。光源から投射されるランダム偏光の光束は、偏光変換部の個々の偏光ビームスプリッタに所定の間隔でほぼ平行方向に直接入光してもよい。

本発明の投射表示装置は、上述のいずれかに記載の偏光変換装置を備えたことを特徴とする。

偏光ビームスプリッタアレイのそれぞれをマスク基板に固定するので、偏光ビームスプリッタアレイ同士を接着せさることによる接着剤のはみ出しによる障害を回避できる。また、偏光ビームスプリッタアレイの端面に段差部を設け、マスク基板を貫通させた位置決めピンでそれぞれの偏光ビームスプリッタアレイをマスク基板に位置決めするので正確な位置決めが可能となる。さらに、中央の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタ連設方向の両端の端面を１／２波長板の配置された面からマスク基板に向けて内側に向かう傾斜面を設け、中央の偏光ビームスプリッタアレイと対向する両側の偏光ビームスプリッタアレイの端面を、中央の偏光ビームスプリッタアレイの傾斜端面に挿入することにより、両側の偏光ビームスプリッタアレイの１／２波長板が設けられていない部分に起因する光変換効率の低下を防止できる。

本発明は、マスク基板を用いて偏光ビームスプリッタアレイのそれぞれをマスク基板に固定するので、偏光ビームスプリッタアレイ同士を接着せさることによる接着剤のはみ出しによる障害を回避できるという効果がある。

また、偏光ビームスプリッタアレイの端面に段差部を設け、マスク基板を貫通させた位置決めピンでそれぞれの偏光ビームスプリッタアレイをマスク基板に位置決めするので正確な位置決めが可能となり、偏光ビームスプリッタアレイ間の傾斜角度の狂いによる光変換効率の低下を防止できるという効果がある。

さらに、中央の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタ連設方向の両端の端面を１／２波長板の配置された面からマスク基板に向けて内側に向かう傾斜面を設け、中央の偏光ビームスプリッタアレイと対向する両側の偏光ビームスプリッタアレイの端面を、中央の偏光ビームスプリッタアレイの傾斜端面に挿入することにより、両側の偏光ビームスプリッタアレイの１／２波長板が設けられていない部分に起因する光変換効率の低下を防止できるという効果がある。

次に、本発明の第１の実施の形態の偏光変換装置について図面を参照して説明する。まず、偏光変換装置が設けられる投写型表示装置の照明光学系について説明する。図１は偏光変換装置の説明図であり、（ａ）は偏光変換装置の設けられる照明光学系の構成を示す模式的構成図であり、（ｂ）は偏光変換装置の模式的分解斜視図である。照明光学系６０は超高圧水銀ランプのような高輝度ランプからなる光源６１と、光源６１の光を反射する楕円リフレクタ６２と、楕円リフレクタ６２からの反射光を集光する凹レンズ６３と、反射光の照度分布を均一化させるための第１のインテグレータ６４および第２のインテグレータ６５と、ランプからのランダム偏光を直線偏光に揃えるための本発明の第１の実施の形態の偏光変換装置１０と、フィールドレンズ６６とを有する。偏光変換装置１０は図１（ｂ）に示すように第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３からなる偏光変換部３０とマスク基板２１とから構成される。

ランプの光源６１より発せられた光束は、楕円リフレクタ６２で集光され、凹レンズ６３、第１のインテグレータ６４、第２のインテグレータ６５の順に通過して偏光変換装置１０に入光する。その後、レンズアレイに対応した偏光変換装置１０の偏光ビームスプリッタアレイにより偏光分離と偏光変換が行われ、直線偏光の光束となる。さらに、フィールドレンズ６６を通過した光束は不図示のＢ、Ｇ、Ｒの液晶パネルに重畳照射される。

光源６１から発せられた光束は第１のインテグレータ６４により離散化され、第２のインテグレータ６５を経て偏光変換装置１０の偏光ビームスプリッタアレイのほぼ直前にそのアーク像を結ぶ。この時、偏光光束を用いる投写型表示装置においては、ランプから出射されたランダム偏光の光束の偏光ビームスプリッタアレイにおける直線偏光への変換効率が、その投写型表示装置の明るさ、即ち装置の光効率に大きく影響する。本発明の実施の形態の偏光変換装置１０は装置の光効率を向上させることに特徴がある。

図２は第１の実施の形態の偏光変換部の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。図３はマスク基板の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。第１の実施の形態の偏光変換装置１０は、偏光ビームスプリッタが連接された第１〜第３の３個の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３から構成される偏光変換部３０と、マスク基板２１とから構成される。偏光ビームスプリッタアレイの構成と動作については、背景技術の項で図１１を参照して説明したものと同じなのでここでは説明を省略する。

第１の実施の形態の偏光変換装置１０では、偏光変換部３０は、偏光ビームスプリッタが連設して構成された第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１、第２の偏光ビームスプリッタアレイ４２、および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４３とで構成され、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３は、第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１と９０度回転した方向で配置され、第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の両端の偏光ビームスプリッタの側面に、偏光ビームスプリッタ頂面が対向するように設けられている、ここで、偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタと平行な方向を長さと呼び、その直角方向を幅と呼ぶこととする。

第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３の幅は、第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の長さよりも短く、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３の長さと第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の幅との和は第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の長さに近くなっており、背景技術で図１２を参照して説明した円形に分布した楕円形状のアーク像に偏光ビームスプリッタの入光面（１／２波長板４６の裏面）が対応した形状となっている。また、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３の偏光ビームスプリッタの幅は、アーク像の形状に対応して第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の幅よりも狭くなっており、それに対応して１／２波長板４６も第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の１／２波長板４６の幅よりも狭くなっている。それに伴って第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３の偏光ビームスプリッタの厚さは、第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の厚さよりも低くなっている（図２ｂ、図２ｃ）。

それぞれの偏光ビームスプリッタは、背景技術で図１１を参照して説明したように断面が平行四辺形でその平行四辺形の１対の対向角が略４５°の第１の柱状プリズムおよび第２の柱状プリズムとが連設して形成され、第１の柱状プリズムの第２の柱状プリズムとの接続面には偏光分離面１４４が設けられ、第２の柱状プリズムの偏光分離面１４４と対向する面には反射面１４５が設けられ、第１の柱状プリズムの出射面には１／２波長板１４６が設けられている。

第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１では長さ方向の中心線を中心として第１の柱状プリズムと第２の柱状プリズムの配列が対称となるように配置されており、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３でもそれぞれの長さ方向の中心線を中心として第１の柱状プリズムと第２の柱状プリズムの配列が対称となるように配置されており、図２においては第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１では１／２波長板４６が中心線で隣接するように、第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３では離れるように配置されている。

図３はマスク基板の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。図３に示すようにマスク基板２１は偏光変換部３０を保持できる大きさの金属板から構成され、偏光変換部３０が保持されたときに偏光変換部３０の図２の１／２波長板４６に対応する位置、即ち偏光ビームスプリッタの入光位置に対応して入光穴２２が設けられている。またこの例では一辺が折り曲げられて光学エンジンベースに取り付けるための取付部２３となっている。マスク基板２１はここでは金属板としているがこれに限定されるものではなく偏光変換部３０を安定的に保持できる材料であればよい。

本発明の第１の実施の形態の偏光変換装置１０では、偏光変換部３０の第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３は相互に接着されることはなく、それぞれがマスク基板２１に固定されることで所定の配置が確保されていることが特徴となっている。従来技術においては上述のようにそれぞれの偏光ビームスプリッタアレイを相互に接着剤で接着していた。図４は偏光ビームスプリッタアレイを相互に接着剤で接着した状態を示す偏光変換部の模式図である。この場合接着部に接着剤はみ出し部４４を生ずる。偏光ビームスプリッタの幅の違いに対応して柱状プリズムのガラス基板の厚みが違うので接着部の表面には段差があるので、はみ出した接着剤のふき取りが難しくなり、柱状プリズムのガラス基板や１／２波長板を傷つける恐れがあったが、本実施の形態の偏光変換部３０ではその恐れはなくなった。

偏光変換部３０の第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３とマスク基板２１との接続にはこの実施の形態ではＵＶ接着が使用されている。図５は、偏光変換部とマスク基板のＵＶ接着を説明するための模式的平面図である。偏光変換部３０の第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３をマスク基板２１上に位置決めして、それぞれの四隅のＵＶ接着部２４で接続する。具体的にはＵＶ接着材を第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３とマスク基板２１の間に注入し、その後ＵＶ光を１／２波長板側から投射してＵＶ接着材を固化させる。ＵＶ光は１／２波長板４６にダメージを与えるおそれがあるため、実際には１／２波長板４６の部分を覆ってＵＶ照射が行われる。第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１〜４３とマスク基板２１との接続方法はＵＶ接着に限定されるものではなく、単なる接着剤（両面テープなども含む）による接着でもよい。これにより、発明が解決しようとする課題の一体化の問題が解決する。

次に、本発明の第２の実施の形態の偏光変換装置について説明する。図６は第２の実施の形態の偏光変化部の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。図７はマスク基板の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。第２の実施の形態の偏光変換装置は第１の実施の形態の偏光変換装置１０の偏光ビームスプリッタアレイとマスク基板に位置決め手段を設けた以外は第１の実施の形態の偏光変換装置１０と同じなので、同じ構成と動作については説明を省略する。

偏光変換部３０ａを構成する３個の第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１ａ〜４３ａの柱状プリズムの列から構成される基板には、図６に示すようにそれぞれ中心線を挟んで外側の長さ方向に段差部４７が設けられており、その段差を基準点として利用して、位置決めピンなどを段差部４７の側面に突き当てて正確な位置決めを行う。

また、図７に示すようにマスク基板２１ａには、接着時に位置決めピンを通すための位置決めピン穴４８が設けられており、この位置決めピン穴４８から通された位置決めピンが第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１ａ〜４３ａの段差部４７の両側面に突き当たって、第１〜第３の偏光ビームスプリッタアレイ４１ａ〜４３ａの接着位置が正確に確保される。さらに、マスク基板２１ａから屈曲して設けられた取付部２３にも取り付けねじ穴４９が設けられており、偏光変換部３０ａをマスク基板２１ａを介して光学エンジンベース側に取り付ける際にも精度の高い位置決めができ、光学部品の取付誤差を最小限に抑えることができる。このようにして偏光ビームスプリッタアレイ同士の位置決め、偏光ビームスプリッタアレイとマクス基板の位置決め、マスク基板を介した偏光ビームスプリッタアレイの光学エンジンベースに対する位置決めを高精度に行うことができるので照明光学系の光効率の改善が図れ、発明が解決しようとする課題の位置合せの問題が解決する。

次に、本発明の第３の実施の形態の偏光変換装置について説明する。図８は従来技術における第１の偏光ビームスプリッタアレイと第２または第３の偏光ビームスプリッタアレイとの突合せ部の状態を示す模式的側面図であり、図９は第３の実施の形態の第１の偏光ビームスプリッタアレイと第２または第３の偏光ビームスプリッタアレイとの突合せ部の状態を示す模式的側面図である。第３の実施の形態の偏光変換装置は第１、第２の実施の形態の偏光変換装置の第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の幅側の端面に傾斜を設けた以外は第１、第２の実施の形態の偏光変換装置と同じなので、同じ構成と動作については説明を省略する。

図８に示すように第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の両側の第２、第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３において１／２波長板４６を偏光ビームスプリッタの柱状プリズムの列から構成される基板に対して貼り合わせを行う場合、発明が解決しようとする課題の項で説明したように基板の端部より１±０．５ｍｍの隙間を置くことが要求され、また、１／２波長板４６の端部には通常気泡などが入っており、０．５ｍｍ程度は無効部になっており、この部分での偏光変換は行なわれず損失となる。第３の実施の形態では、図９に示すように第１の偏光ビームスプリッタアレイ４１の幅方向の両端部の柱状プリズムの列から構成される基板の端面を１／２波長板４６側から内側に向けて切欠いて空間部４５を作り、両側の第２、第３の偏光ビームスプリッタアレイ４２、４３の端部をその空間に収納することによって無効部は空間部４５に入り、１／２波長板４６のすべてが有効に利用される。それによって、１．０ｍｍのロス分を挽回でき、最悪１．０ｍｍの場合でも効率の低下を１％以内に抑えられるという利点があり、発明が解決しようとする課題の位相差板問題が解決する。

第１の実施の形態に、第２の実施の形態、第３の実施の形態を組み合わせることで発明が解決しようとするすべての課題が解決されるが、それぞれの実施の形態を単独で組み合わせてもよい。

次に本発明の第４の実施の形態の投写型表示装置について説明する。図１０は本発明の第４の実施の形態の本発明の偏光変換装置を備えた投写型表示装置の構成を示す模式的構成図である。

投写型表示装置５０は照明光学系６０、色分離光学系７０、色合成光学系８０、投写光学系９０の四つのブロックから構成されている。照明光学系６０は、光源６１と、楕円リフレクタ６２と、第１のインテグレータ６４、第２のインテグレータ６５と、本願発明の第１〜第３の実施の形態の偏光変換装置１０と、フィールドレンズ６６とを有する。

照明光学系６０に続く色分離光学系７０は、照明光学系６０からの全光束を赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）からなる各色光束に分離し、対応するそれぞれの液晶パネルへ入射させるための第１のダイクロイックミラー７１、第２のダイクロイックミラー７２、第１の反射ミラー７３、第２の反射ミラー７５、第３の反射ミラー７７、および第１のリレーレンズ７４、第２のリレーレンズ７６を有する。

色分離光学系７０に続く色合成光学系８０は、色分離光学系７０から入射される各色光束を、与えられた画像情報にしたがって変調するＢ液晶パネル８４、Ｇ液晶パネル８５、Ｒ液晶パネル８６と、各液晶部に入射光を集光するＢ集光レンズ８１、Ｇ集光レンズ８２、Ｒ集光レンズ８３、および変調された各色光束を合成する色合成プリズム８７とを有する。色合成光学系８０に続く投写光学系９０は、投射ズームレンズ９１を有し色合成プリズム８７で合成されたＢ、Ｇ、Ｒの合成光をスクリーン上に投影する。この構成は標準的な構成であり、種々の公知の応用例が可能である。

上述の第１〜第３の実施の形態の偏光変換装置を備えているので、従来技術の一体化の問題、位置合せの問題、位相差板問題が解決できて光源からの入射光を効率よく液晶パネルに入光させることができ、高い光利用効率でスクリーンに投写できる。

偏光変換装置の説明図であり、（ａ）は偏光変換装置の設けられる照明光学系の構成を示す模式的構成図であり、（ｂ）は偏光変換装置の模式的分解斜視図である。 第１の実施の形態の偏光変換部の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。 マスク基板の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。 偏光ビームスプリッタアレイを相互に接着剤で接着した状態を示す偏光変換部の模式図である。 偏光変換部とマスク基板のＵＶ接着を説明するための模式的平面図である。 第２の実施の形態の偏光変化部の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。 マスク基板の構成を示す模式的三面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）および（ｃ）は側面図である。 従来技術における第１の偏光ビームスプリッタアレイと第２または第３の偏光ビームスプリッタアレイとの突合せ部の状態を示す模式的側面図である。 第３の実施の形態の第１の偏光ビームスプリッタアレイと第２または第３の偏光ビームスプリッタアレイとの突合せ部の状態を示す模式的側面図である。 本発明の第４の実施の形態の本発明の偏光変換装置を備えた投写型表示装置の構成を示す模式的構成図である。 従来技術の偏光変換系の照明系システムの説明のための模式図であり、（ａ）は模式的構成図、（ｂ）は偏光ビームスプリッタアレイ近傍の模式的部分拡大図である。 偏光変換装置の入射面におけるアーク像を示す模式図である。 ランプの構造を説明するための模式図である。

符号の説明

１０、１１０ 偏光変換装置
２１、２１ａ マスク基板
２２ 入光穴
２３ 取付部
２４ ＵＶ接着部
３０、３０ａ 偏光変換部
４１、４１ａ 第１の偏光ビームスプリッタアレイ
４２、４２ａ 第２の偏光ビームスプリッタアレイ
４３、４３ａ 第３の偏光ビームスプリッタアレイ
４４ 接着剤はみ出し部
４５ 空間部
４６ １／２波長板
４７ 段差部
４８ 位置決め穴
４９ 取り付けねじ穴
５０ 投写型表示装置
６０、１６０ 照明光学系
６１、１６１ 光源
６２、１６２ 楕円リフレクタ
６３、１６３ 凸レンズ
６４、１６４ 第１のインテグレータ
６５、１６５ 第２のインテグレータ
６６、１６６ フィールドレンズ
７０ 色分離光学系
７１ 第１のダイクロイックフィルタ
７２ 第２のダイクロイックフィルタ
７３ 第１の反射ミラー
７４ 第１のリレーレンズ
７５ 第２の反射ミラー
７６ 第２のリレーレンズ
７７ 第３の反射ミラー
８０ 色合成光学系
８１ Ｂ集光レンズ
８２ Ｇ集光レンズ
８３ Ｒ集光レンズ
８４ Ｂ液晶パネル
８５ Ｇ液晶パネル
８６ Ｒ液晶パネル
８７ 色合成プリズム
９０ 投写光学系
９１ 投写レンズ
１６７ ランプ
１６８ 陽極
１６９ 陰極
１８１ 集光レンズ
１８４ 液晶パネル

Claims (9)

1. 複数の偏光ビームスプリッタが連設された偏光ビームスプリッタアレイを有する偏光変換部と、開口部を有して該偏光変換部を保持するマスク基板とから構成される偏光変換装置であって、
   前記偏光変換部は、第１の偏光ビームスプリッタアレイと、該第１の偏光ビームスプリッタアレイの前記偏光ビームスプリッタの連設方向と直交する方向に前記偏光ビームスプリッタの連設方向を有する第２の偏光ビームスプリッタアレイおよび第３の偏光ビームスプリッタアレイとを有し、前記第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイは、それぞれが前記第１の偏光ビームスプリッタアレイの連設方向の両端面に接して配置され、
   前記第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、前記マスク基板に接着固定されている、ことを特徴とする偏光変換装置。
2. 前記第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、紫外線放射（ＵＶ）による接着剤の固化により前記マスク基板の所定の位置に接着される、請求項１に記載の偏光変換装置。
3. 前記偏光ビームスプリッタは、断面が平行四辺形で該平行四辺形の１対の対向角が略４５°の第１の柱状プリズムおよび第２の柱状プリズムが連設されて形成され、前記第１の柱状プリズムの前記第２の柱状プリズムとの接続面には、入力したランダム偏光から第１の偏光を反射するとともに第２の偏光を透過する偏光分離面が設けられ、前記第２の柱状プリズムの前記偏光分離面と対向する面には反射面が設けられ、前記第１の柱状プリズムの出射面には前記第２の偏光を前記第１の偏光に転換する１／２波長板が設けられている、請求項１または請求項２に記載の偏光変換装置。
4. 前記第１の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタの幅は、前記第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタの幅よりも広くなるように前記第１および第２の柱状プリズムが形成されており、前記第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは、前記偏光ビームスプリッタの連設方向に垂直な中心線を中心として、両側の前記偏光ビームスプリッタが対称になるように配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の偏光変換装置。
5. 前記第１の偏光ビームスプリッタアレイでは、前記中心線で隣接する前記偏光ビームスプリッタの前記１／２反射板が互いに隣接するように配置され、前記第２および第３の偏光ビームスプリッタアレイでは、前記中心線で隣接する前記偏光ビームスプリッタの前記１／２反射板が互いに離れるように配置される、請求項４に記載の偏光変換装置。
6. 前記第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは前記偏光ビームスプリッタの連設方向に垂直な中心線を境界線として、前記境界線に垂直な外側の両側の端面が該境界線方向に段差を有しており、前記マスク基板には前記段差の部分に接触して前記偏光ビームスプリッタアレイを固定する位置決めピン用の穴が設けられており、前記第１から第３の偏光ビームスプリッタアレイは前記穴に挿入された前記位置決めピンにより前記マスク基板に位置決めされる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変換装置。
7. 前記第１の偏光ビームスプリッタアレイの偏光ビームスプリッタ連設方向の両端の前記偏光ビームスプリッタの開放側の端面は、前記１／２波長板の配置された面から前記マスク基板に向けて内側に向かう傾斜面となっており、
   前記第２の偏光ビームスプリッタアレイおよび前記第３の偏光ビームスプリッタアレイの前記第１の偏光ビームスプリッタアレイと対向する端面は、前記第１の偏光ビームスプリッタアレイの前記傾斜端面に挿入される状態で前記マスク基板に固定されている、請求項１から請求項６の何れか１項に記載の偏光変換装置。
8. 前記光源から投射されるランダム偏光の光束は、前記偏光変換部の個々の前記偏光ビームスプリッタに所定の間隔でほぼ平行方向に直接入光する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変換装置。
9. 前記請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変換装置を備えたことを特徴とする、投写型表示装置。

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