JP2007133297A - 偏光分離素子、偏光変換装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】バランスのとれた射出光を形成することができる偏光変換装置及びこれを用いる
ことにより画面左右のコントラスト差が解消されたプロジェクタを提供すること。
【解決手段】入射光ＩＬのうち、基本入射角度で入射する入射光ＩＬ０のみだけでなく、
入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２についても偏光分離膜２においてＰ偏光の高い透過率を保
ち、かつ、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２との透過特性差についてバランスの取れた構造を
有することにより、光利用効率が高く、かつ、バランスのとれた射出光を形成する偏光変
換装置１を提供することができる。また、これを用いることにより画面左右のコントラス
ト差が解消されたプロジェクタを提供することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、入射された光の偏光成分を分離する偏光分離素子と、これを備える偏光変換
装置及びプロジェクタに関する。

光利用効率の高い投射型表示装置を提供するために、偏光分離膜の透過・反射特性や、
あるいは、反射膜の反射特性を向上させることで偏光変換素子の特性を向上させる技術が
知られている（特許文献１参照）。
特開平１１−２４２１１８号公報

しかしながら、これまでの技術においては、偏光変換素子に入射する光のうち、主に偏
光分離膜に入射角４５°で入射する入射光の所定の偏光の透過特性に注意が向けられてい
たものの、入射角４５°+α°の入射光と入射角４５°−α°の入射光とでは該所定の偏
光の透過特性が異なるため、偏光変換素子で形成され、射出される光は、全体としてのバ
ランスが必ずしも取れておらず、そのままプロジェクタ等の光学機器に用いると、投射画
面の左右にコントラスト差が生じる可能性があるという問題がある。

そこで、本発明は、基本となる入射角に対して所定の角度範囲で入射する入射光からバ
ランスのとれた射出光を形成することができる偏光変換装置及びこれを用いることにより
画面左右のコントラスト差が解消されたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る偏光分離素子は、基本入射角度を基準として
正側及び負側に振れる振れ角度の範囲で入射する入射光を、第１の偏光を透過し第２の偏
光を反射して第１の偏光と第２の偏光とに分離し、入射光のうち、基本入射角度に対して
正側に所定の角度振れた角度をもって入射する第１の入射光の第１の偏光の透過率特性と
、基本入射角度に対して負側に所定の角度振れた角度をもって入射する第２の入射光の第
１の偏光の透過率特性との、基本入射角度で入射する入射光の第１の偏光の透過率特性に
対する差が、可視光波長領域においてバランスがとられている。

上記偏光分離素子では、基本入射角度に対して所定の範囲で正側及び負側の双方に振れ
る振れ角度の範囲で入射光が入射し、該基本入射角度で入射した入射光の第１の偏光の透
過率特性と該基本入射角度から所定の角度正側または負側に振れた角度で入射した入射光
の第１の偏光の透過率特性とに差があったとしても、基本入射角度から所定の角度正側に
振れた角度で偏光分離素子に入射した入射光の第１の偏光の透過率特性と基本入射角度か
ら該所定の角度負側に振れた角度で偏光分離素子に入射した入射光の第１の偏光の透過率
特性とのバランスがとられている。すなわち、この場合、当該入射光が基本入射角度を中
心とした対称性を有し、この対称性に応じて第１及び第２入射光について所望の透過特性
を有する当該偏光分離素子を形成することが可能となる。従って、上記偏光分離素子は、
基本入射角度から該所定の角度正側に振れた角度で入射した入射光の第１の偏光の透過率
特性と基本入射角度から該所定の角度負側に振れた角度で入射した入射光の第１の偏光の
透過率特性との差を低減する構造となっている。従って、偏光分離素子の第１の偏光の透
過率特性は基本入射角に対する所定の角度範囲内において正負の振られ方向に依存しない
ため、形成される光を、全体としてのバランスがとれたものにすることができる。

また、本発明の偏光分離素子の具体的な態様として、第１の偏光に関する透過率特性に
ついては、可視光波長領域中の少なくとも１箇所の所定波長領域における第１の入射光お
よび第２の入射光のそれぞれの第１の偏光の透過率の平均値の差が略ゼロであることとす
る。これにより、所望の波長領域において第１の入射光と第２の入射光との偏光分離素子
のおける第１の偏光の透過率特性の相違を十分抑制することができる。

また、本発明の偏光分離素子の具体的な態様として、第１の偏光に関する透過率特性に
ついては、可視光波長領域における第１及び第２の入射光のそれぞれの第１の偏光の透過
率の平均値の差が２％以内である。これにより、偏光分離素子における当該可視光波長領
域全体としての基本入射角度で入射する入射光の該透過率特性に対する第１及び第２の入
射光の第１の偏光の透過率特性のバランスを保ち、良好な光を得ることができる。

また、本発明の偏光分離素子の具体的な態様として、第１の偏光に関する透過率特性に
ついては、可視光波長領域における第１の入射光と第２の入射光との同一波長での第１の
偏光の透過率の差が６％以内である。これにより、偏光分離素子における当該可視光波長
領域における各波長での基本入射角度で入射する入射光の該透過率特性に対する第１及び
第２の入射光の第１の偏光の透過率特性のバランスを保ち、良好な光を得ることができる
。

また、本発明の偏光分離素子の具体的な態様として、第１の偏光に関する透過率特性に
ついては、基本入射角度で入射した入射光の第１の偏光の透過率の平均値に対する第２の
入射光の第１の偏光の透過率の平均値との差がそれぞれ５％以内である。これにより、偏
光分離素子において、可視光波長領域における基本入射角度で入射した入射光の第１の偏
光の透過率のみならず、上記振れ角度を有して入射した入射光についても十分な透過率を
得られる。

また、本発明の偏光分離素子の具体的な態様として、第１の偏光に関する透過率特性は
、第１及び第２の入射光の第１の偏光の透過率が、それぞれ可視光波長領域全域で所定値
以上である。これにより、光利用効率が高くなり、十分な明るさを有する光を得ることが
できる。

また、本発明の偏光変換装置の具体的な態様として、基本入射角度が、４５°である。
これにより、基本入射角度で入射した光の反射成分を直角に反射する最適な態様の一つと
なる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る偏光変換装置は、基本入射角度を基準
として正側及び負側に振れる振れ角度の範囲で入射する入射光を、第１の偏光を透過し第
２の偏光を反射して第１の偏光と第２の偏光とに分離する上記いずれかの偏光分離素子と
、第１及び第２の偏光のいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する位相差板と
、偏光分離素子で反射された前記第２の偏光の光路を変換する反射素子とを備える。これ
により、偏光分離素子の第１の偏光の透過率特性は基本入射角に対する所定の角度範囲内
において正負の振られ方向に依存しないため、偏光変換装置において入射光から形成され
る射出光を、全体としてのバランスがとれたもの、さらには光利用効率が高く、十分な明
るさを有するものにすることができる。従って、例えば、当該偏光変換装置をプロジェク
タの照明光形成に用いた場合、画面左右でのコントラスト差の発生を抑制することができ
る。

また、本発明の偏光変換装置の具体的な態様として、反射素子が、偏光分離素子と同一
構造を有する。これにより、上記第２の偏光の光路は、上記第１の偏光の光路と同じ方向
に変換される。また、この場合、上記反射素子は、上記偏光分離素子と同等の性質を有す
るものとなり、当該反射素子への入射光に対しても振れ角の影響の少ない透過・反射特性
を有するものとすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、光源光を発生する光
源と、光源光を均一化するとともに、上記いずれかの偏光変換装置を有し、偏光方向を揃
えて照明光として形成し、射出する照明光学系と、照明光学系からの照明光を変調し、像
光を形成する光変調装置と、光変調装置で形成された像光を投射する投射光学系とを備え
る。これにより、照明光学系から射出される照明光は、バランスのとれたものとなり、こ
のような照明光学系を用いることで、本発明に係るプロジェクタは、画面左右のコントラ
スト差が解消された画像の投射を可能にする。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る偏光変換装置１を説明するための平面図である。本実施形
態に係る偏光変換装置１は、プリズム体１０、１１と、偏光分離素子である偏光分離膜２
と、位相差板３と、反射素子である反射膜４と、マスク５とを備える。

プリズム体１０、１１は、ともに透光性の部材であり、それぞれ底面（図１における紙
面に対して平行な面）が平行四辺形である四角柱形状をなしている。プリズム体１０、１
１は、交互に連なることで偏光変換装置１の四角い厚板状の外形を形成する。尚、ここで
、上記各四角柱形状のプリズムの底面の形状である平行四辺形は、２つの合同な直角二等
辺三角形を組み合わせた形状からなるものである。

偏光分離膜２は、隣接するプリズム体１０、１１の間に入射光ＩＬに対して４５°傾斜
して配置される誘電体多層膜からなる偏光分離素子である。偏光分離膜２は、入射光ＩＬ
の光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏
光光束を反射する。ここでは、偏光分離膜２は、偏光変換装置１に入射した入射光ＩＬの
偏光成分のうち、Ｐ偏光（第１の偏光）を透過により第１偏光ＰＰとして分離し、Ｓ偏光
（第２の偏光）を反射により第２偏光ＳＳとして分離するものとする（詳しくは後述する
）。

位相差板３は、プリズム体１１の射出側に設けられており、半波長位相差板として、偏
光分離膜２によって分離されたＳ偏光とＰ偏光とのうちいずれか一方の偏光方向を他方の
偏光方向に変換する。本実施形態の位相差板３は、偏光分離膜２を透過したＰ偏光である
第１偏光ＰＰをＳ偏光に変換する。

反射膜４は、隣接するプリズム体１０、１１の間に入射光ＩＬに対して４５°傾斜して
配置される誘電体多層膜からなる光路変換部材である。反射膜４は、偏光分離膜２により
反射された第２偏光ＳＳを第１偏光ＰＰと平行な方向に反射することで光路を変換させる
。これにより、第１偏光ＰＰと第２偏光ＳＳとは同一方向に射出される。

マスク５は、プリズム体１１の入射側に設けられており、遮光板として不要な光を遮断
する。

以上において、偏光分離膜２と反射膜４とは、複数個が連なるプリズム体１０、１１が
相互に接着される斜面部分に交互に設けられている。これにより、偏光分離膜２と反射膜
４とはプリズム体１０，１１を介して互いに対面する平行な面として形成される。つまり
、偏光変換装置１は、偏光ビームスプリッタを一列に配置して接合したＰＢＳアレイとな
っている。尚、交互に配置されたプリズム体１０、１１のうち一方のプリズム体１１の射
出面のみに設けた位相差板３は偏光変換装置１の射出面にストライプ状に貼付され、プリ
ズム体１１の入射面のみに設けたマスク５は偏光変換装置１の入射側面にストライプ状に
貼付された状態となっている。

以下、光路を辿って本実施形態における偏光変換装置１の動作について説明する。まず
、偏光変換装置１の入射面ＩＳより入射した入射光ＩＬは、偏光分離膜２により偏光成分
ごとに分離される。つまり、入射光ＩＬのうち、Ｐ偏光である第１偏光ＰＰは偏光分離膜
２を透過する一方、Ｓ偏光である第２偏光ＳＳは、偏光分離膜２により反射される。この
際、不要な光がマスク５により遮断されている。

次に、偏光分離膜２を透過した第１偏光ＰＰは、位相差板３により特定方向の位相が反
転し、Ｓ偏光として射出される。一方、偏光分離膜２により反射された第２偏光ＳＳは、
反射膜４によって曲折され、第１偏光ＰＰの射出方向に、位相は変わることなくＳ偏光と
して射出面ＥＳから射出される。

以上により、偏光変換装置１に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光光束の偏光方向が
Ｓ偏光に揃えられた射出光ＥＬとし同一方向に射出される。尚、逆に、位相差板３をプリ
ズム体１０の射出面のみに設け、射出光ＥＬをＰ偏光に揃えることも可能である。

図２は、入射光ＩＬの偏光分離膜２での分離についてより詳しく説明するための平面図
である。図１では、入射光ＩＬとして入射面ＩＳに対して垂直に入射する基本光を示した
が、実際に偏光変換装置１へ入射する光はこれに限られず、垂直に入射するも基本光に対
してある程度の角度の幅、つまり所定幅の振れ角度で斜め方向から入射するものも存在す
る。そこで、図２を参照して偏光変換装置１に入射する入射光についてさらに詳しく説明
する。なお、図２の入射光ＩＬのうち、図１のように入射面ＩＳに対して垂直に入射する
基本光を入射光ＩＬ０、斜め方向から入射するもので、入射光ＩＬ０より偏光分離膜２へ
の入射角度が大きい第１の入射光を入射光ＩＬ１、入射光ＩＬ０より偏光分離膜２への入
射角度が小さい第２の入射光を入射光ＩＬ２とし、それぞれ実線、点線及び一点鎖線で示
すものとする。

まず、基準となる入射光ＩＬ０の偏光分離膜２への入射角度を基本入射角度θで表すこ
ととする。本実施形態では、偏光分離膜２が入射面ＩＳに対して４５°の平面上に形成さ
れているので、基本入射角度θは４５°である。

これに対し、入射光ＩＬ１の偏光分離膜２への入射角度は、基本入射角度θよりも大き
い。つまり、基本入射角度θに対して正側に振れている。この基本入射角度θに対し正側
に振れた分の角度を振れ角度α°で表すものとする。従って、この場合、入射光ＩＬ１の
偏光分離膜２への入射角度は、θ＋α°と表される。一方、入射光ＩＬ２の偏光分離膜２
への入射角度は、基本入射角度θよりも小さい。つまり、基本入射角度θに対して負側に
振れた角度で入射する。ここでは特に、負側への振れ角度が、入射光ＩＬ１の振れ角度α
°に等しいものとする。従って、この場合、入射光ＩＬ２の偏光分離膜２への入射角度は
θ−α°で表されることになる。以上のような設定とした場合、図２のように、入射光Ｉ
Ｌ１と入射光ＩＬ２とは、入射光ＩＬ０を中心として左右に対称で入射するものとなる。

基本入射角度θ＝４５°で偏光分離膜２に入射した入射光ＩＬ０は、図１において既述
のように、偏光成分のうち第１偏光ＰＰは偏光分離膜２を透過する。一方、第２偏光ＳＳ
は偏光分離膜２で垂直方向に反射され、さらに、反射膜４においても垂直方向に反射され
、射出される。

これに対し、入射光ＩＬ１、ＩＬ２は、図２のように、それぞれ振れ角度α°の分入射
光ＩＬ０よりも正或いは負の方向に傾斜して偏光分離膜２に入射する。入射後は、入射光
ＩＬ０と同様、偏光成分のうち第１偏光ＰＰは偏光分離膜２を透過し、第２偏光ＳＳは偏
光分離膜２で反射され、さらに、反射膜４においても反射され、射出される。尚、ここで
、一般には、基本光である入射光ＩＬ０の透過・反射に重点をおいて当該偏光分離の構成
を行っているため、入射光ＩＬ１、ＩＬ２の透過率・反射率は、必ずしも入射光ＩＬ０の
透過率・反射率程には高くはない。

以下、偏光分離膜２における第１偏光ＰＰについての透過特性について一実施例を用い
てさらに詳しく説明する。

表１は、図２の偏光分離膜２の具体的な一実施例として用いられる誘電体多層膜の各層
の膜厚を説明するためのものである。本実施例の偏光分離膜は、積層された誘電体多層膜
により構成され、特に、２種類の物質が交互に積層された多層構造（不図示）となってい
る。

表１にあるように、当該多層構造は、層数が４１層からなっており、基板に対し比較的
小さい屈折率を有するＬ層と、比較的大きい屈折率を有するＨ層とが交互に積層されるこ
とにより形成されている。本実施例では、Ｌ層の物質としてＭｇＦ_２を、Ｈ層の物質とし
てＯＭ−６（キヤノンオプトロン社製）を用いている。尚、最上層には被覆層としてＳｉ
Ｏ_２を用いている。各層の膜厚及び各物質の屈折率は、表１に示すとおり波長５５０ｎｍ
の入射光に対してそれぞれ、ＯＭ−６層が１．７４、ＭｇＦ_２層が１．３８、ＳｉＯ_２層
が１．４７である。表１に示す構成をとることにより、種々の透過特性を有する偏光分離
膜を形成することが可能となる。以下表１において示された偏光分離膜の特性についてグ
ラフを用いて説明する。

図３は、表１に示された偏光分離膜２への入射光の入射角度ごとのＰ偏光透過率特性を
表したグラフである。グラフの横軸は、入射光の光波長領域を示しており、本実施例では
、可視光波長領域として４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯を選択している。グラフの縦軸
は、Ｐ偏光透過率を示している。

本実施例では、図２における基本入射角度θを、既に説明したようにθ＝４５°とし、
所定の角度の振れ角度α°をα°＝３．２°としている。つまり、入射光ＩＬ０の入射角
度４５°を基準として、入射光ＩＬ１の入射角度が４８．２°、入射光ＩＬ２の入射角度
が４１．８°となっており、振れ角度について正方向への振れ幅と負方向への振れ幅とが
等しいものとしている。

グラフはそれぞれ、実線が入射光ＩＬ０すなわち入射角度４５°、点線が入射光ＩＬ１
すなわち入射角度４８．２°、一点鎖線が入射光ＩＬ２すなわち入射角度４１．８°のも
のを示している。

グラフから読み取れるように、まず、従来同様、本実施例においては、入射光ＩＬ０に
ついて可視光波長領域全域において高い透過率を保っている。しかし、本実施例では、そ
れだけでなく、さらに、入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２の各々のＰ偏光の透過率について
も、可視光波長領域全域にわたって所定値以上（ここでは９２％以上）を保つ構成として
いる。つまり、偏光分離膜に対して最適となる基本の角度（ここでは最も一般的な４５°
）で入射する光に対してだけでなく、それ以外の角度で入射する光に対しても適切な偏光
分離を行うための考慮がなされた構成となっている。例えば、入射角度４１．８°である
入射光ＩＬ２のＰ偏光透過率の平均値と入射光ＩＬ０のＰ偏光透過率の平均値との差が５
％以内となるような構成となっている。同様に、入射角度４８．２°である入射光ＩＬ１
のＰ偏光透過率の平均値と入射光ＩＬ０のＰ偏光透過率の平均値との差が５％以内となる
ような構成となっている。

図４は、比較例として、従来型の偏光分離膜の一例についての入射角度ごとのＰ偏光透
過率を示すグラフである。グラフの定義は、図３と同様であるから説明を省略する。

グラフから、当該従来型の比較例においては、基本入射角度である４５°のみ考慮され
それ以外の入射角が考慮されないで設計されている。結果的に、基本入射角度の入射光に
対しては、Ｐ偏光の高い透過率を保つ構成となっているものの、それ以外の角度で入射す
る光に対しては、透過率が相対的に低い。また、さらに、基本入射角に対し正側から入射
するものと負側から入射するものとの間での透過率の落ち具合についてバランスが取れて
いないことも読み取れる。

これに対し、本実施例における偏光分離膜では、入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２のそれ
ぞれのＰ偏光透過率と、基本の入射光たる基本光ＩＬ０のＰ偏光透過率との差である透過
特性差についても予め加味され、高い透過率を保つだけでなく、さらに、可視光波長領域
での入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２の透過率の基本光ＩＬ０の透過率に対する落ち具合に
ついても互いのバランスがとれたものとなっている。

偏光分離膜２における入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２の基本光ＩＬ０に対する透過特性
差についてバランスがとれている状態として、一つには、入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２
の可視光波長領域でのＰ偏光透過率の平均値の差により定める場合が考えられる。本実施
例では、可視光波長領域でのＰ偏光透過率の入射光ＩＬ１の平均値と入射光ＩＬ２の平均
値との差を２％以内とする構成になっている。

また、偏光分離膜２における入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２の基本光ＩＬ０に対する透
過特性差についてバランスがとれている状態としてこの他にも、例えば、偏光分離膜２に
おけるＰ偏光の透過率特性を、可視光波長領域における入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２互
いの同一波長での透過率の差により定めることも考えられる。本実施例では、可視光波長
領域での同一波長における入射光ＩＬ１の透過率と入射光ＩＬ２の透過率の差が６％以内
となるように構成されており、十分バランスの取れたものとなっている。

また、偏光分離膜２における入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２の基本光ＩＬ０に対する透
過特性差についてバランスがとれている状態として、例えば、偏光分離膜２におけるＰ偏
光の透過率特性を、可視光波長領域中の少なくとも１箇所の所定波長領域における入射光
ＩＬ１のＰ偏光の透過率の平均値と入射光ＩＬ２のＰ偏光の透過率の平均値との差が略ゼ
ロであることとする。例えば、可視光波長領域全体において偏光分離膜２の入射光ＩＬ１
の透過率の平均値と入射光ＩＬ２の透過率の平均率との差を略ゼロにするには偏光分離膜
２の構成が非常に複雑になり実現性が困難である。しかし、偏光分離膜２に入射する入射
光のうち光量が多い波長領域における入射光ＩＬ１の透過率の平均値と入射光ＩＬ２の透
過率の平均率との差を略ゼロとするようにすれば、偏光分離膜２の構成を非常に複雑にす
ることなく偏光分離膜２における入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２とのＰ偏光の透過率特性の
差を効率的に緩和することが可能となる。たとえば、本実施形態において、偏光分離膜２
への入射する光のうち５００〔ｎｍ〕〜６００〔ｎｍ〕における入射光ＩＬ１のＰ偏光の
透過率の平均値と入射光ＩＬ２のＰ変更の透過率の平均値との差が略ゼロとなっている。

本実施例による偏光分離膜２を組み込むことにより、所望のバランスのとれた射出光を
形成できる偏光変換装置１が構成可能となる。

以上本実施形態に係る偏光変換装置１について説明したが、本実施形態は上記によるも
のに限られない。特に、上記実施例に示した偏光分離膜は一例であり、これ以外の構成の
ものであっても当該偏光変換装置の偏光分離膜として使用可能であり、これは当該偏光変
換装置が用いられる使用・用途に応じて構成の変更等を適宜行うことにより適用可能であ
る。

また、例えば、本実施例では、偏光分離膜２におけるＰ偏光の透過特性のみに着目して
いるが、Ｓ偏光の透過特性についても同様の考慮がなされた構造であってもよい。さらに
は、各偏光の反射特性についても同様の考慮がなされた構造であってもよい。この場合、
第１偏光ＰＰのみならず、第２偏光ＳＳについても考慮された構造とすることが可能であ
る。

また、本実施形態では、振れ角度α°について正方向への振れ幅と負方向への振れ幅と
を等しいものとしているが、例えば、偏光分離膜２に入射する光自体の主な光の振れ幅が
基本入射角度に対して正側にα’°内、負側にα’’°内と正側と負側とで異なっている
のならば、それに伴って基本入射角に対する振れ角度が正側にα’°振れた入射角の光の
P偏光の透過率特性と負側にα’’°振れた入射角の光のP偏光の透過率特性ととの差が緩
和されるように偏光分離膜２を構成し振れ幅が正側と負側とで異なっていてもよい。

尚、本実施形態において、反射膜４は、単に第２偏光ＳＳを反射する反射素子であり、
当該反射により光路を変換する誘電体多層膜からなる光路変換部材としているが、当該誘
電体多層膜も、偏光分離膜２と同一の誘電体多層膜からなる多層構造であってもよい。

いずれにおいても、入射光ＩＬのうち、基本入射角度θで入射する入射光ＩＬ０のみだ
けでなく、入射光ＩＬ１及び入射光ＩＬ２についても偏光分離膜２においてＰ偏光の高い
透過率を保つ、或いは、Ｓ偏光の高い反射率を保ち、かつ、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２
とのＰ編光の透過特性差やＳ偏光の反射率の差について所望のバランスの取れた構造を有
することにより、光利用効率が高く、かつ、バランスのとれた射出光を形成することがで
きる。

尚、本実施形態では、基本入射角度θを４５°としているが、基本入射角度θの値は４
５°以外であっても構わない。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ１００の光学系を示す模式図である
。このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学
像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、光源ランプユニ
ット２０、照明光学系３０、色分離装置４０、光変調部６０、クロスダイクロイックプリ
ズム７０、及び投射光学系８０を備えて構成される。

光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し
、照明光学系３０等を介して光変調部６０を照明するための光源であり、発光管である光
源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する楕円の凹面鏡２２と、
凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。この光源ラン
プユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及び凹レ
ンズ２３を経て平行化され、前方側すなわち照明光学系３０側に射出される。なお、上述
した楕円の凹面鏡２２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の
凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２２の後段に凹レンズ２３等を設けなくとも、光源ランプユ
ニット２０から平行光束を射出させることが可能となる。

照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分
割し、これら複数の光束を対象とする照明領域に重畳して入射させ、この照明領域の面内
照度を均一化するための光学系であり、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、
偏光変換装置１０１、及び重畳レンズ３５を備えている。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光
束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内に
マトリックス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状
は、後述する光変調部６０を構成する液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域
の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第
１レンズアレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レ
ンズアレイ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリックス状に配列される
複数の小レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液
晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換装置１０１は、第１実施形態で述べた偏光変換装置１（図１参照）の構成によ
るＰＢＳアレイで形成された偏光変換装置であり、第２レンズアレイ３２を経た各部分光
束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。偏光変換装置１０１は、システ
ム光軸ＯＡを基準とし、これに対して図１を用いて説明した偏光分離膜２及び反射膜４を
交互に傾斜配置で配列した構成となっている。つまり、図１等で示した入射光ＩＬ０は、
光軸ＯＡに平行である。偏光変換装置１０１は、既述のように、すべての偏光光束の偏光
方向を揃え、これにより、光源ランプユニット２０から射出される光束を、一方向の偏光
光束に揃えることができ、光変調部６０で利用する光源光の利用率を向上させることがで
きる。

重畳レンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変換装置
１０１を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成
領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ３５から射出され
た光束は、均一化されつつ次段の色分離装置４０に射出される。つまり、両レンズアレイ
３１，３２と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離装置４０を経て、
光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領
域を均一に重畳照明する。

色分離装置４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ、コンデンサレンズ４３ｒ，４３ｂ，４３ｇ、及びリレーレンズ４
５，４６を備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを
含んで構成される色分離光学系は、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ
）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上
に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する
誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してと
もに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・
Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。ま
た、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち緑色
光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離装置４０の射出側に設けられた各色用の
コンデンサレンズ４３ｒ，４３ｂ，４３ｇは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調
部６０に入射する各部分光束が、それぞれの主光線に対して平行な光となるように設けら
れている。一対のリレーレンズ４５，４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や緑色用の第２光
路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている。これらのリレ
ーレンズ４５，４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、ほぼ
そのまま射出側のコンデンサレンズ４３ｒに伝達することにより、光の拡散等による光の
利用効率の低下を防止している。

この色分離装置４０において、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射
した照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミ
ラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経
て最終段のコンデンサレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａ
を透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２
に導かれ最終段のコンデンサレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラ
ー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃ
やリレーレンズ４５，４６を経て最終段のコンデンサレンズ４３ｒに入射する。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル
（液晶表示パネル）６１ｂ，６１ｇ，６１ｒと、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを
挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒとを備える。ここで、
例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２
ｂとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを
構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ，
６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶パネル６１ｒと、偏光フィル
タ６２ｒ，６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１
ｒは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、
例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、
それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

この光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、コンデンサレン
ズ４３ｂを介して液晶パネル６１ｂの位置に設けた照明領域に入射し液晶パネル６１ｂ内
の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、コンデンサレンズ
４３ｇを介して液晶パネル６１ｇの位置に設けた照明領域に入射し液晶パネル６１ｇ内の
画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、リレーレンズ４５，
４６及びコンデンサレンズ４３ｒを介して液晶パネル６１ｒの位置に設けた照明領域に入
射し液晶パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１
ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変
調装置である。各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，Ｌ
Ｇ，ＬＲは、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに電気的信号として入力された駆動信
号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ６
２ｂ，６２ｇ，６２ｒによって、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入射する照明光
の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒから射出される
光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム７０は、射出側偏光板６１ｂ，６１ｇ，６１ｒから射出
された各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光合成光学系である
。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視
略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の
誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射
し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズ
ム７０は、液晶パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方
向右側に射出させ、液晶パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１
，７２を介して直進・射出させ、液晶パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜
７２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として
投射される。

本実施形態において、第１実施形態の偏光変換装置１を照明光学系３０の偏光変換装置
１０１として用いることにより、光束偏光方向を、一方向に揃えることができ、光源光の
利用率を向上させることができるとともに、さらに、射出させる光束を投射画面の左右に
コントラスト差を生じる原因とならないものとすることができる。つまり、図２に示す偏
光分離膜２を透過した入射光ＩＬ１が画面右側部を照射する光となるならば、入射光ＩＬ
２が画面左側部を照射する光となるので、入射光ＩＬ１と入射光ＩＬ２とのＰ偏光の透過
率特性の差が緩和された偏光分離膜２を有する本実施形態１で述べた偏光変換装置１を備
えたプロジェクタ１０は、画面左右のコントラスト差が解消されたプロジェクタとするこ
とが可能となる。

また、図５において、偏光変換装置１０１は、通常の偏光変換装置と異なり、図１に示
す偏光変換装置１を一つだけ用いた構成としているが、これに代えて従来同様に、図６に
示す偏光変換装置２０１のような、システム光軸ＯＡに対して左右対称に一対の偏光変換
装置１を組み合わせた構成としてもよい。

尚、本実施形態では、偏光変換装置１を用いているため、画面左右のコントラスト差が
予め抑制されている。従って、偏光変換装置２０１のような構成は必ずしも必要ではない
。偏光変換装置１０１を用いた場合、偏光変換装置２０１を用いた場合よりも安価なプロ
ジェクタを提供することが可能となる。

尚、本実施形態では、三板式のプロジェクタにより説明をしたが、これに限らず、例え
ば、単板式のプロジェクタに対しても同様に本発明の偏光変換装置を用いることは可能で
ある。また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例につ
いて説明したが、本発明は、反射型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、液晶パネル等を含むライトバルブ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、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味し
ている。

さらに、この発明は、上記の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、プロジェクタ以外にも偏光
を含む光源を有する照明装置等に適用可能である。

第１実施形態に係る偏光変換装置を説明するための平面図である。 入射光の偏光分離膜での分離についてより詳しく説明するための平面図である。 偏光分離膜での入射光のＰ偏光透過率の一実施例を示すグラフである。 本実施例の比較例についてのＰ偏光透過率を示すグラフである。 第２実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。 第２実施形態に係る偏光変換装置を説明するための平面図である。

符号の説明

１、１０１、２０１…偏光変換装置、 ２…偏光分離膜、 ３…位相差板、 ４…反射
膜、 １００…プロジェクタ、 ２０…光源ランプユニット、 ３０…照明光学系、 ４
０…色分離装置、 ６０…光変調部、 ７０…クロスダイクロイックプリズム、 ８０…
投射光学系、 ＩＬ、ＩＬ０、ＩＬ１、ＩＬ２…入射光

Claims (10)

1. 基本入射角度を基準として正側及び負側に振れる振れ角度の範囲で入射する入射光を、
   第１の偏光を透過し第２の偏光を反射して前記第１の偏光と前記第２の偏光とに分離し、
   前記入射光のうち、前記基本入射角度に対して正側に所定の角度振れた角度をもって入射
   する第１の入射光の前記第１の偏光の透過率特性と、前記基本入射角度に対して負側に前
   記所定の角度振れた角度をもって入射する第２の入射光の前記第１の偏光の透過率特性と
   の、前記基本入射角度で入射する入射光の前記第１の偏光の透過率特性に対する差が、可
   視光波長領域においてバランスがとられていることを特徴とする偏光分離素子。
2. 前記第１の偏光に関する透過率特性は、前記可視光波長領域中の少なくとも１箇所の所
   定波長領域における前記第１の入射光および前記第２の入射光のそれぞれの前記第１の偏
   光の透過率の平均値の差が略ゼロであることを特徴とする請求項１記載の偏光分離素子。
3. 前記第１の偏光に関する透過率特性は、前記可視光波長領域における前記第１及び第２
   の入射光のそれぞれの前記第１の偏光の透過率の平均値の差が２％以内であることを特徴
   とする請求項１記載及び請求項２のいずれか一項記載の偏光分離素子。
4. 前記第１の偏光に関する透過率特性は、前記可視光波長領域における前記第１の入射光
   と第２の入射光との同一波長での前記第１の偏光の透過率の差が６％以内であることを特
   徴とする請求項１及び請求項３のいずれか一項記載の偏光分離素子。
5. 前記第１の偏光に関する透過率特性は、前記可視光波長領域で前記基本入射角度で入射
   した入射光の前記第１の偏光の透過率の平均値に対する前記第２の入射光の前記第１の偏
   光の透過率の平均値との差は、それぞれ５％以内であることを特徴とする請求項２から請
   求項４のいずれか一項記載の偏光分離素子。
6. 前記第１の偏光に関する透過率特性は、前記第１及び第２の入射光の前記第１の偏光の
   透過率が、それぞれ前記可視光波長領域全域で所定値以上であることを特徴とする請求項
   １から請求項５のいずれか一項記載の偏光分離素子。
7. 前記基本入射角度は、４５°であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか
   一項記載の偏光分離素子。
8. 基本入射角度を基準として正側及び負側に振れる振れ角度の範囲で入射する入射光を、
   第１の偏光を透過し第２の偏光を反射して前記第１の偏光と前記第２の偏光とに分離する
   偏光分離素子と、
   前記第１及び第２の偏光のいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する位相差
   板と、
   前記偏光分離素子で反射された前記第２の偏光の光路を変換する反射素子と
   を備える偏光変換装置において、
   前記偏光分離素子は請求項１から請求項１から請求項７のいずれか一項記載の偏光分離
   素子であることを特徴とする偏光変換装置。
9. 前記反射素子は、請求項１から請求項７のいずれか一項記載の偏光分離素子と同一構造
   を有することを特徴とする請求項８記載の偏光変換装置。
10. 光源光を発生する光源と、
    前記光源光を均一化するとともに、請求項８及び請求項９のいずれか一項記載の偏光変
    換装置を有し、偏光方向を揃えて照明光として形成し、射出する照明光学系と、
    前記照明光学系からの照明光を変調し、像光を形成する光変調装置と、
    前記光変調装置で形成された像光を投射する投射光学系と
    を備えることを特徴とするプロジェクタ。

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