JP2008070723A - 偏光変換ユニット、画像投影装置、偏光変換方法、及び画像投影方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易な偏光変換ユニット、画像投影装置、偏光変換方法、及び画像投影方法を提供する。
【解決手段】無偏光光束を複屈折レンズで２つの偏光成分Ｉｐ、Ｉｓに分け、その集光点（ｆｐ、ｆｓ）の違いを利用して、領域分割された波長板２、３を用い、偏光方向を揃え、１枚の板の両面に作成されたリターデーション領域（２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ）によって偏光変換を行うことにより、加工が容易になり、組付けも簡易化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光変換ユニット及び液晶を使用したプロジェクタ装置等の画像投影装置（透過型液晶、反射型液晶とも）、偏光変換方法、及び画像投影方法に関する。

液晶を使用した画像投影装置に用いられる液晶画像形成素子は、一方向の偏光のみが有効に作用し、それに直交する偏光成分はコントラストの低下等の劣化要因となる。そのため液晶画像形成素子の前段（および後段）に偏光子を入れて偏光状態をコントロールしている。

しかしながら、光源から発せられる光ビームは偏光方向の揃わない無偏光ビームであるため、偏光子によって一方向のみの偏光成分を選択するとき、光量も半分に減ってしまう。

そこで、このような光量の半減を防ぐために、光源からの無偏光ビームを効率よく１偏光方向の光ビームに切りかえるための偏光変換ユニットが偏光子の前段に配置されているのが一般的である。
偏光変換ユニットは基本的には偏光ビームスプリッタで無偏光ビームをＰ偏光とＳ偏光とに分離し、この分離した偏光の一方を何らかの手段を用いて偏光方向を９０°回転させることにより偏光方向を揃え、かつ両ビームの進行方向も揃えるようにしたものである。

分離した偏光の一方の偏光方向を回転させる手段としては、大きくは２つの方式がある。
一つは１／２波長板に代表されるように、方向による屈折率の違いを用いた方式である。
もう一つは偏光分離後の光ビームを２枚のミラーで反射させる間に、２枚のミラーの反射方向を適当に設定して、ビーム全体を光軸周り回転させてしまう方式である。

これら２つの方式のうち後者は、単にミラーの反射であるので波長の影響を受けずきわめて効率のよい変換ができるが、プロジェクタの照明ビームの外径は、光源から出射されたときの外径より大きいため、この照明ビームをミラーの反射によって変換すると変換部のサイズが大きなものとなってしまうと同時に、分離した照明ビームを再合成する光学系の構成も難しいものとなる。また、後者は小さいサイズに分割してアレイ化して並べれば薄くできるが、ミラータイプをアレイ化することは理屈ではできても実用化が難しい。

これに対して、前者のような１／２波長板を用いる方式は、簡単にアレイ化でき、照明光路中にあるフライアイレンズとの相性もよいため、現在の主流になっている。

図１４および図１５に液晶を使用した画像投影装置の一例であるプロジェクタの代表的な構成例を示す。
図１４は、透過型液晶を用いた従来の画像投影装置の概念図であり、図１５は、反射型液晶を用いた従来の画像投影装置の概念図であるが、いずれの画像投影装置も液晶の画像形成素子を用いており、偏光選択性があり、その照明光学系はほぼ同じである。

図１４に示した画像投影装置の構成例について動作を説明する。
白色ランプなどの光源１０から発した無偏光光ビームはリフレクタ２４で略平行光となり光インテグレータ２５に入射する。光インテグレータ２５は画像形成素子を照射する照射光の照度を均一化するためのもので、一対のフライアイレンズ２５−１、２５−２により構成されている。

フライアイレンズとは縦横に並んだレンズアレイで、そのレンズ一つずつは画像形成素子と相似形状をしており、第一のフライアイレンズ２５−１の各レンズ部のビームを第２のフライアイレンズ２５−２とその後段に配されるコンデンサレンズ１１とにより画像形成素子上に重ねて投影することにより、画像形成素子上の照度分布を均一化するものである。

光インテグレータ２５を出た光ビームは偏光変換ユニット２６に入射する。偏光変換ユニット２６はフライアイレンズのピッチに対応させて偏光ビームスプリッタ、反射膜面、１／２波長板等をアレイ化したものであり、無偏光光ビームを効率よく１偏光方向の光ビームに変換する。偏光変換ユニット２６を出た光ビームはコンデンサレンズ１１を通り、反射ミラーで反射された後、ダイクロイックミラー１３−１、１３−２で赤、緑、青の各色用に分解されて、各々の画像形成素子に照射される。例えば、第１のダイクロイックミラー１３−１を透過したビームは、ミラーで反射された後、赤色用コンデンサレンズを通って赤色用液晶素子２３に照射される。

また、第１のダイクロイックミラー１３−１で反射し、第２のダイクロイックミラー１３−２で再び反射したビームは、緑色用コンデンサレンズを通って緑色用液晶素子２２に照射され、第２のダイクロイックミラー１３−２を透過したビームは、レンズ、ミラー、レンズ、ミラーを経由して青色用コンデンサレンズを通り、青色用液晶素子２１に照射される。

液晶素子２１、２２、２３は、各々画像形成素子を構成し、各偏光を赤、緑、青の各色成分の画像信号に応じて変調する。液晶素子２１、２２、２３の各画像形成素子を経由したビームは色合成プリズム１２で合成されて、投射レンズ１７によりスクリーン１８上に投影される。

図１５に示した画像投影装置の構成例の動作も図１４の場合と基本的に同様であるが、相違点は、ダイクロイックプリズム１２−１、ダイクロイックミラー１３の光学系で偏光光ビームを赤、緑、青の各色用に分解して、赤色成分は赤色用偏光ビームスプリッタ１６−１と赤色用反射型液晶１６を通し、緑色成分は緑色用偏光ビームスプリッタ１５−１と緑色用反射型液晶１５を通し、また、青色成分は青色用偏光ビームスプリッタ１４−１と青色用反射型液晶１４を通して、各々色合成プリズム１２に入れている点である。

図１３（ａ）、（ｂ）に、このような液晶を使用した画像投影装置の一例であるプロジェクタ装置に用いられる偏光変換ユニットの従来の構成例を示す。
図１３（ａ）は、偏光分離膜３１、反射膜３２及び１／２波長板３３を単位ユニットとして、各単位ユニットがフライアイレンズ２５−２の各ピッチに対応するようにアレイ化した構成図の一例である。
各々の偏光分離膜３１は入射光軸に対して４５°の傾きを持ち、反射膜３２は偏光分離膜３１に対して並行に配されている。フライアイレンズ２５−２を出た各光ビームは各単位ユニットに入り、偏光分離膜３１で透過光（Ｐ偏光）と反射光（Ｓ偏光）とに分離され、反射光はさらに反射膜３２で反射されて透過光と平行な光ビームとなる。これらの透過光（Ｐ偏光）及び反射光（Ｓ偏光）のうちのいずれか（ここではＳ偏光）を１／２波長板３３により偏光面を回転させて他方に揃えることにより、入射時には無偏光であった光ビームが偏光の揃った光ビームに変換される。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の反射膜３２を偏光分離膜３１と同様の分離膜３４に置き換えた構成図であり、動作は図１３（ａ）と同じである。

この他、偏光ビームスプリッタをアレイ状に配列し、偏光ビームスプリッタ−に対して一つおきに１／２波長板を設置することにより、光源からの光を全て偏光方向の揃った直線偏光（Ｐ偏光）に変換する偏光変換ユニットが開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１８５９７５号公報

ところで、図１３（ａ）、（ｂ）に示した偏光変換ユニットは、無偏光光ビームを効率よく、１偏光方向の光ビームに変換することができるが、例えば、図１３（ａ）に示した構成では、フライアイレンズの１ピッチに対して偏光分離面と反射面の２面が必要であり、膜の種類として２種類の膜を施したブロックを準備し、形状的にはフライアイレンズの配列数の２倍の数のブロックを張り合わせる必要があり、工数がかかるという問題がある。

実際の量産工程においては、偏光分離膜を施したガラス板と、反射膜を施したガラス板とを交互に張り合わせた後、張り合わせ面に４５°の方向に切断して研磨する方法がとられるが、２種類の膜のガラス板を準備し、フライアイレンズ配列数の２倍の数（＋両端）のガラス板を張り合わせる必要があり、工数がかかる。

また、膜の種類に関しては、図１３（ｂ）に示すように、偏光分離膜で反射膜を兼ねることは可能であるが、フライアイレンズの１ピッチに対して２つの膜（２面）が必要であることにはかわりなく、ガラスの張り合わせ枚数を減らすことはできない。さらに、前記画像投影装置において、光インテグレーターと偏光変換ユニットは個別に配置する必要があり、組付け工数がかかり、また、それぞれの設置する為のスペースを必要とし、小型化に向いていない。

一方、上述した特許文献１記載の技術では、偏光ビームスプリッタ（プリズム）の加工が難しく（高価）量産化が難しい、画像投影装置に搭載する際スペースを必要とし小型化が困難、といった課題がある。

そこで、本発明の目的は、製造が容易な偏光変換ユニット、画像投影装置、偏光変換方法、及び画像投影方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入射直線偏光の偏光方向によって短焦点位置と長焦点位置とに集光作用を持つ二焦点光学素子と、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とをこの順列で配置してなる偏光変換ユニットにおいて、前記二焦点光学素子の短焦点位置が前記第一の領域分割波長板と前記第二の領域分割波長板との間になるように配置し、前記二焦点光学素子の長焦点位置が前記第二の領域分割波長板以遠になるように配置し、前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、前記第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと前記第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλとなるように形成してなることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）であって、かつ第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλとなるように形成してなることにより、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明によれば、第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与し、領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることにより、偏光変換ユニットにおいては、領域分割波長板の一側と他側で、進相軸と遅相軸の向きを入れ替える、すなわち光学軸を波長板の面内で９０度傾斜させるだけで製造できるので、部品加工が容易になる。

請求項３記載の発明は、入射直線偏光の偏光方向によって短焦点位置と長焦点位置とに集光作用を持つ二焦点光学素子と、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とをこの順列で配置してなる偏光変換ユニットにおいて、前記二焦点光学素子の短焦点位置が前記第一の領域分割波長板と前記第二の領域分割波長板との間になるように配置し、前記二焦点光学素子の長焦点位置が第二の領域分割波長板以遠になるように配置し、前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、前記第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと前記第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλ＋λ／２となるように形成してなることを特徴とする。

請求項３記載の発明によれば、第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）であって、かつ第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλ＋λ／２となるように形成してなることにより、偏光変換ユニットにおいては、第二の領域分割波長板の一側と他側の領域を入れ替えるだけで、出射直線偏光の方位角を９０度変える事ができるので、部品構成及び加工が容易になる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記第一の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で＋λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されており、前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明によれば、第一の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で＋λ／４のリターデーションを付与し、領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されており、第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与し、領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることにより、偏光変換ユニットにおいては、領域分割波長板の一側と他側で、進相軸と遅相軸の向きを入れ替える、すなわち光学軸を波長板の面内で９０度傾斜させるだけで製造できるので、部品加工が容易になる。

請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の発明において、前記二焦点光学素子は、光軸に垂直な面内において等方的な屈折率をもつ集光レンズと、光軸に垂直な面内において異方性屈折率をもつ透明部材とを備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明によれば、偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子は、光軸に垂直な面内において等方的な屈折率をもつ集光レンズと、光軸に垂直な面内において異方性屈折率をもつ透明部材とを備えたことにより、二焦点光学素子を、通常の集光レンズと複屈折基板で形成できるので簡易にユニットを製造することが可能になる。

請求項６記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の発明において、前記二焦点光学素子は、入射直線偏光の偏光方向によって集光位置の異なる偏光回折素子であることを特徴とする。

請求項６記載の発明によれば、二焦点光学素子は、入射直線偏光の偏光方向によって集光位置の異なる偏光回折素子であることにより、偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を、回折面で形成できるので部品加工が容易になる。

請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項記載の発明において、前記二焦点光学素子は、前記領域分割で形成される仮想の分割線に沿って線上に集光する光学素子であることを特徴とする。

請求項７記載の発明によれば、二焦点光学素子は、領域分割で形成される仮想の分割線に沿って線上に集光する光学素子であることにより、偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を、一方向（直線）に加工する部品で製造できるので、部品加工が容易になる。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記二焦点光学素子は、前記領域分割で形成される仮想の分割線に沿って母線を持つシリンドリカルレンズ形状であることを特徴とする。

請求項８記載の発明によれば、二焦点光学素子は、領域分割で形成される仮想の分割線に沿って母線を持つシリンドリカルレンズ形状であることにより、偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を球面レンズではなくシリンダ形状とすることで、簡易に製造できる。

請求項９記載の発明は、光軸に垂直な面内において、請求項１から８のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットが複数連なっていることを特徴とする。

請求項９記載の発明によれば、光軸に垂直な面内において、上記いずれかの偏光変換ユニットが複数連なっていることにより、ビーム幅の広い入射光に対しても、偏光変換を行うことができるので、製作性に優れた偏光変換ユニットを得ることができる。

請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記領域分割波長板の一側の波長板と、該波長板に隣接する領域分割波長板の他側の波長板とが共通化されていることを特徴とする。

請求項１０記載の発明によれば、偏光変換ユニットにおいては、隣接する領域分割波長板のリターデーション領域を共通化することにより、偏光変換ユニットを複数連ねた時にリターデーション領域を少ない面数で実現することでるので、製造を容易にすることができる。

請求項１１記載の発明は、請求項９または１０記載の発明において、前記第二の領域分割波長板の出射面にレンズアレイを配置したことを特徴とする。

請求項１１記載の発明によれば、第二の領域分割波長板の出射面にレンズアレイを配置したことにより、偏光変換ユニットにおいては、光インテグレーターの第一フライアイと第二フライアイとの間に本発明の偏光変換ユニットを配置することで、偏光変換光学系を小型化することができる。さらに、第一フライアイと二焦点光学素子とを共通化することで、部品点数を削減し、製作性に優れた偏光変換光学系を得ることができる。

請求項１２記載の発明は、請求項１から１１のいずれか１項記載の発明において、光源からの光束を画像形成部へ導くため照明光に形成する照明光形成部と、該照明光を画像情報へ変換するための画像形成部と、画像情報を含む光束をスクリーンへ投影するための投射部からなる画像投影装置において、前記照明光形成部の光路上に、請求項１から１１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットを有することを特徴とする。

請求項１２記載の発明によれば、照明光形成部の光路上に、上記いずれかの偏光変換ユニットを有することにより、画像投影装置においては、偏光変換光学系を組付けるだけで、偏光変換ユニットと光インテグレーターの機能を持たせることができるので、画像投影装置の組付け工程を簡易化することができる。

請求項１３記載の発明は、光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後直線偏光成分に戻すことを特徴とする。

請求項１３記載の発明によれば、光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻すことにより、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

請求項１４記載の発明は、光源からの光束を照明光に形成し、該照明光を画像情報へ変換し、該画像情報を含む光束をスクリーンへ投影する画像投影方法において、前記光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、照明光に形成することを特徴とする。

請求項１４記載の発明によれば、光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後直線偏光成分に戻すことにより、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

本発明によれば、無偏光光束を二焦点光学素子で２つの偏光成分Ｉｐ、Ｉｓに分け、その集光点（ｆｐ、ｆｓ）の違いを利用して、領域分割された波長板２、３を用い、各波長板の両面に作成されたリターデーション領域（２ａ、２ｂ、−及び３ａ、３ｂ）によって偏光変換を行うことにより偏光方向を揃える。本発明により、偏光変換ユニットの製造が容易になり、画像表示装置への組付けも簡易化される。

図１は、本発明に係る偏光変換ユニットの一実施形態を示す原理図である。
本発明に係る偏光変換ユニットは、二焦点光学素子１、第一の領域分割波長板２、及び第二の領域分割波長板３からなる。二焦点光学素子１は、光軸に垂直な面内において屈折率に異方性を持ち、入射光の偏光方向（２つの偏光成分Ｉｐ、Ｉｓ）によって異なる二つの焦点位置（ｆｐ、ｆｓ）が存在する。

図２は、図１に示した第１の領域分割波長板２の概念図である。
第一の領域分割波長板２は、光軸に垂直な面内において２つのリターデーション領域をもつ。一側２ａは入射した光束に対して＋１／４波長のリターデーション（位相差）を与え、他側２ｂは入射した光束に対して−１／４波長のリターデーションを与える。２つのリターデーション領域は、光軸に対して直交する分割線２ｃにより分けられている。

第二の領域分割波長板３も、図２に示した第一の領域分割波長板２と同様に、＋１／４波長のリターデーション領域３ａと、−１／４波長のリターデーション領域３ｂとをもつ。第一の領域分割波長板２は、二焦点光学素子１の各焦点位置よりも二焦点光学素子１側に配置し、第二の領域分割波長板３は、二焦点光学素子１の焦点位置ｆｐと焦点位置ｆｓとの間に配置する。また、各領域分割波長板の分割線２ｃ、３ｃは同一方向に揃えて配置する。

次に、本発明の偏光変換ユニットの偏光変換過程について、図３を用いて説明する。
図３は、図１に示した偏光変換ユニットの偏光変換過程を示す図である。
ここで、図１において、分割線に対して紙面上側（X軸の正方向）の領域を領域Ａとし、紙面下側（X軸の負方向）の領域を領域Ｂとする。また、光軸に沿って、二焦点光学素子１と第一の領域分割波長板２との間の領域をαとし、第一の領域分割波長板２と焦点位置ｆｓとの間の領域をβとし、焦点位置ｆｓと第二の領域分割波長板との間の領域をγとし、第二の領域分割波長板３の出射部の領域をδとする。

二焦点光学素子１に入射した無偏光光束は、二焦点光学素子１を透過し、紙面に対して平行な方向に振動する直線偏光成分Ｉｐと、紙面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分Ｉｓとに分割される。領域Ａの直線偏光成分Ｉｐ（Ａ−α）は、第一の領域分割波長板２の＋１／４波長のリターデーション領域２ａを透過することで、右回り円偏光Ｉｒになる（Ａ−β）。この右回り円偏光の光は焦点位置ｆｐで集光するので、領域Ｂに移る（Ｂ−γ）。また、この右回りの円偏光の光は、第二の領域分割波長板３の−１／４波長のリターデーション領域３ｂを透過することで、直線偏光成分Ｉｐに戻る（Ｂ−δ）。

一方、領域Ｂの直線偏光成分Ｉｐ（Ｂ−α）は、第一の領域分割波長板２の−１／４波長のリターデーション領域２ｂを透過することで、左回り円偏光Ｉｌになる（Ｂ−β）。この左回りの円偏光の光は焦点位置ｆｐで集光するので、領域Ａに移る（Ａ−γ）。また、この左回りの円偏光の光は、第二の領域分割波長板３の＋１／４波長のリターデーション領域３ａを透過することで、直線偏光成分Ｉｐに戻る（Ａ−δ）。

以上のように、二焦点光学素子１を透過した直線偏光成分Ｉｐは、第一の領域分割波長板２及び第二の領域分割波長板３を透過することでリターデーションが打ち消しあい、直線偏光Ｉｐのまま透過する。

一方、領域Ａの直線偏光成分Ｉｓ（Ａ−α）は第一の領域分割波長板２の＋１／４波長のリターデーション領域２ａを透過することで、左回り円偏光Ｉｌになる（Ａ−γ）。この左回りの円偏光の光は焦点位置ｆｓをそのまま通過し（Ａ−γ）、第二の領域分割波長板３の＋１／４波長のリターデーション領域３ａを透過することで、直線偏光成分Ｉｐになる（Ａ−δ）。

また、領域Ｂの直線偏光成分Ｉｓ（Ｂ−α）は第一の領域分割波長板２の−１／４波長のリターデーション領域２ｂを透過することで、右回り円偏光Ｉｒになる（Ｂ−β）。この右回りの円偏光の光は焦点位置ｆｓをそのまま通過し（Ｂ−γ）、第二の領域分割波長板３の−１／４波長のリターデーション領域３ｂを透過することで、直線偏光成分Ｉｐになる（Ｂ−δ）。

以上のように、二焦点光学素子１を透過した直線偏光成分Ｉｓは、第一の領域分割波長板２及び第二の領域分割波長板３を透過することで、１／２波長もしくは−１／２波長のリターデーションが付与して、直線偏光Ｉｐに変換される。

以上の説明に有る通り、本発明の偏光変換ユニットを透過した無偏光光束は、複屈折レンズを用いて偏光成分を分けて、その集光点の違いを利用した偏光操作を行うことで、いずれも直線偏光Ｉｐに変換される。

尚、本説明では第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板の一側（領域Ａ）を＋１／４波長とし、他側（領域Ｂ）を−１／４波長とした場合で説明したが、本発明はこれに限定されず、第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差をｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、かつ第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差をｍλとなるように形成しても同様の効果が得られる。

また、本説明では領域分割波長板の一側（領域Ａ）のリターデーションを第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とで同じリターデーション（＋１／４波長）とし、領域分割波長板の他側（領域Ｂ）のリターデーションを第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とで同じリターデーション（−１／４波長）とした。

しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、第二の領域分割波長板の＋１／４波長のリターデーション領域３ａと、−１／４波長のリターデーション領域３ｂとを入れ替えてもよい。この場合、本偏光変換ユニットを透過する無偏光光束は、いずれも直線偏光Ｉｓに変換される。
尚、図４は、本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。

本構成においては、直線偏光成分Iｐは、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板との間に集光する。そのため、直線偏光Ｉｐは、第一の領域分割波長板の＋１／４波長のリターデーション領域２ａを透過したのち、第二の領域分割波長板の＋１／４波長のリターデーション領域３ａを透過する。または、第一の領域分割波長板の−１／４波長のリターデーション領域２ｂを透過したのち、第二の領域分割波長板の＋１／４波長のリターデーション領域３ｂを透過する。このため、直線偏光Ｉｐは＋１／２波長のリターデーションが付加され、直線偏光Ｉｓに変わる。
一方、直線偏光成分Iｓは、第二の領域分割波長板からみて、光軸に沿って第一の領域分割波長板の反対側に集光する。そのため、直線偏光Ｉｓは、第一の領域分割波長板の＋１／４波長のリターデーション領域２ａを透過したのち、第二の領域分割波長板の−１／４波長のリターデーション領域３ｂを透過する。または、第一の領域分割波長板の−１／４波長のリターデーション領域２ｂを透過したのち、第二の領域分割波長板の−１／４波長のリターデーション領域３ａを透過する。このため、直線偏光Ｉｓはリターデーションの影響が、第一の領域分割波長板、及び第二の領域分割波長板によって相殺され、直線偏光Ｉｓのままになる。
なお、本説明では第一の領域分割波長板及の一側（領域Ａ）を＋１／４波長とし、他側（領域Ｂ）を−１／４波長とし、第二の領域分割波長板及の一側（領域Ａ）を−１／４波長とし、他側（領域Ｂ）を＋１／４波長とした場合で説明したが、本発明はこれに限定されず、第一の領域分割波長板及び第二の領域分割波長板の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差をｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、かつ第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差をｍλ＋λ／２となるように形成しても同様の効果が得られる。

また、本説明では、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板との間に短焦点位置を設定し、第二の領域分割波長板の以遠に長焦点位置を設定した場合で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示すように、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板との間に長焦点位置を設定し、二焦点光学素子と第一の領域分割波長板との間に短焦点位置を設定しても良く、この場合も、本偏光変換ユニットを透過する無偏光光束は、いずれも直線偏光Ｉｓに変換される。
尚、図５は、本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。

また、図１において、二焦点光学素子１の焦点位置ｆｐ及び焦点位置ｆｓは、入れ替わっていてもよい。この場合も、出射する直線偏光はいずれも直線偏光Ｉｓに変換される。

尚、上記説明した領域分割波長板の各領域を構成するリターデーション領域は、液晶、サブ波長格子、フォトニック結晶などの、複屈折作用を引き起こす素子で構成されるものである。

ここで図６に示すように、上記説明した偏光変換ユニットの後段に集光レンズを配置すると、出射光を略平行光にすることができて、利便性が上がる。
図６は、本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。

本発明の偏光変換ユニットに用いる二焦点光学素子１は、液晶レンズなどの構成が考えられるが、図７に示すように、通常の集光レンズ（凸レンズ）１ａと、複屈折基板１ｂとで構成してもよい。この場合、集光レンズ１ａの一面は平板とし、複屈折基板１ｂと貼り合わせてもよい。二焦点光学素子１は、このような単純な部品の組合せによって、集光レンズ１を出射した集光光束は、複屈折基板１ｂの屈折率異方性により、焦点ｆｐ、ｆｓにそれぞれ集光させることが可能になる。すなわち、光軸に垂直な面内において等方的な屈折率をもつ集光レンズと、光軸に垂直な面内において異方性屈折率をもつ透明部材とにより、本発明の二焦点光学素子を構成することができる。
尚、図７は、本発明に係る偏光変換ユニットに使われる二焦点光学素子の一実施の形態を示す概念図である。

本発明に係る偏光変換ユニットは、ｆｐ、ｆｓに焦点を結ぶ二焦点光学素子１としたが、本発明はこれに限定されるものではなく領域分割波長板で形成される仮想の分割線に沿って線上に集光する二焦点集光光学素子としてもよい。このような光学素子としては、シリンドリカルレンズ形状の一例であるシリンダレンズや線形回折格子が考えられる。シリンドリカルレンズ形状の場合、その母線は、領域分割波長板２、３の分割線２ｃ、３ｃに対して平行に設置する必要がある。また、線形回折格子の場合、回折格子の溝方向は、領域分割波長板２、３の分割線２ｃ、３ｃに対して平行になる。

さらに、本発明に係る偏光変換ユニットの二焦点光学素子１としては、偏光回析素子を用いることができる。偏光回折素子の一例は、透光性の異方性光学材料膜と、該膜を担持する透光性の等方性材料基板とからなり、入射及び射出面を平行平面とした平板である。異方性光学材料膜は、ポリアセチレン系、ポリエステル系など複屈折性高分子の膜である。等方性材料基板は光学ガラス、プラスチックなどの等方性材料からなる。また、等方性材料基板を用いずに、異方性光学材料膜にニオブ酸リチウム基板を用いることが可能である。

異方性光学材料膜にはその主面（又は界面）に回折格子ＢＬＧの凹凸が形成されている。予め等方性材料基板に回折格子ＢＬＧを形成し、そこに異方性光学材料を充填してもよい。また、異方性光学材料膜は、結晶光学軸が例えばその主面に沿った方向に伸長するように形成される。回折格子ＢＬＧは光軸から有効半径領域に同心円の凹凸のホログラムパターンで凸レンズ（又は凹レンズ）として作用するように、形成される。

また、光源側に配置される異方性光学材料膜の光学軸を例えばその主面に沿った方向に配置すると、主面垂直に入射した光は、異常光と常光とが生じる。そこで、異方性光学材料膜の常光における屈折率と等しい屈折率を有する等方性材料基板である場合、赤光ビームの偏光方向が異方性光学材料膜が作用する偏光方向と同一になるように、かつ青光ビームの偏光方向に対しては直交するように、偏光回折素子を配置する。

すなわち、一方の主要な偏光面を他の光の主要な偏光面に対して例えば９０度傾斜させれば、一方の第１方位（例えば、紙面に平行）に対してはフレネルレンズ（凸レンズ）として作用し、それと直交する他方の第２方位（例えば、紙面に垂直）は等方的となり全体として単なる透光性平行平板と等価になる。なお、光ビームの入射方向と異方性光学材料膜の光学軸とを平行にしなければ、異常光と常光とが生じるので、異方性光学材料の一軸結晶の光学軸が光ビームの入射方向に対し傾斜していればよい。

回折格子ＢＬＧの断面はブレーズ形状すなわち鋸歯状、又は階段形状或いは矩形となるように形成される。例えば、鋸歯状断面の回折格子は回折効率が他より高いので有利である。同心円状のパターンの回折格子ＢＬＧのピッチ、ブレーズの深さは設計値によって定められる。偏光回折素子の回折格子ＢＬＧは赤光ビームに対して回折作用が生じない深さの格子として形成されている。回折格子のピッチが細かくなるほど、収差の波長依存性は向上するが、ピッチが波長の５倍以下になると、原理的に回折効率が大きく低下する。また、ピッチが細かいほど形状ずれによる影響が大きくなる。

回折格子ＢＬＧの作成法として、フォトリソグラフィ技術を応用する方法、精密切削する方法がある。これらによって、擬似的にブレーズを形成した多段階ブレーズ又はブレーズ形状の回折格子が形成できる。多段階ブレーズ又はブレーズ形状を金型に雛形を形成しておき、射出成形又はいわゆる２Ｐ法で透明プラスチック材料から回折格子を複製することもできる。回折格子ＢＬＧはフレネルソーンプレートのようにその断面が平坦板状で屈折率が周期的変化する構造であってもよい。

他の例においては、偏光回折素子は、膜厚方向に回折格子を備える体積ホログラム技術により形成できる。アゾベンゼンを主鎖に含むポリアミック酸膜に所定波長の直線偏光紫外光を照射すると、アゾベンゼン分子の光異性化反応によりポリアミック酸分子鎖の配向変化が起こる。そこで、ポリアミック酸分子鎖の平均配向方向は紫外光の偏光に対して垂直になるので、この膜をベイクしてイミド化してポリイミド膜を定着して、有機複屈折膜が得られる。偏光回折素子には有機複屈折膜として延伸されたポリマ膜を使用することもできる。有機複屈折膜を偏光回折素子に用いると、高い回折効率が得られる。

偏光変換ユニットに入射する光束のビーム径が広い場合、一つの二焦点光学素子１で光束を集光させると、ＮＡ（軸外光束の集光具合）が大きくなり、収差劣化を引き起こす。これを回避する策として、二焦点光学素子１の外形を大きくすると共に、焦点距離を伸ばすという方法も考えられる。

また、前述した偏光変換ユニットを、図８（ａ）、（ｂ）に示すように光軸（ｚ軸）に垂直な面内においてアレイ状に配置することで、ＮＡを大きくすること無く、外形形状の拡大も抑えることが可能になる。
尚、図８（ａ）は、本発明に係る偏光交換ユニットの他の実施形態を示す構造図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の正面図である。

ここで、アレイ状に配置した偏光変換ユニットは、領域分割波光板の一側の領域と、それに隣接する領域分割波長板の他側の領域とを等しくする、すなわち一体化することが可能である。つまり、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、隣接する偏光変換ユニットＡと偏光変換ユニットＢの第一の領域分割波長板において、−１／４波長のリターデーションを与える領域２ｂは、共通化されている。
尚、図９（ａ）は、本発明に係る偏光交換ユニットの他の実施形態を示す構造図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の正面図である。
また、隣接する偏光変換ユニットＡと偏光変換ユニットＢの第二の領域分割波長板においても、−１／４波長のリターデーションを与える領域３ｂは、共通化されている。

しかし、いずれの偏光変換ユニットを透過した光束も、直線偏光Ｉｐとなり、偏光方向を揃えることができる。このような構成にすることで、分割数を減らし、製造をより容易にすることが可能になる。

図１４の従来技術に記載したように、光源に白色ランプ１０を使う場合、その出射光は光軸中心の強度が高い強度分布を持つ。このような強度分布は、画像投影装置では強度斑になるので、光インテグレータ２５によって画像形成素子に照射する照射光の照度を均一化する必要がある。光インテグレータ２５は、一対のフライアイレンズ２５−１、２５−２と呼ばれるレンズアレイにより構成されている。

本発明の偏光変換ユニットは、光インテグレータと組み合わせることで、部品の共通化が可能になる。
図１０は、本発明の偏光変換ユニットと光インテグレータとを組み合わせた偏光変換光学系である。
本構成は、二焦点光学素子機能を持つ第一フライアイレンズ４と、第一の領域分割波長板２と、第二の領域分割波長板３及びレンズアレイ５ａかなる第二フライアイレンズ５とからなる。
第一フライアイレンズ、第一の領域分割波長板、及び第二の領域分割波長板は、前述したように偏光変換機能を有する素子として作用する。本構成においては、光インテグレータの内部に偏光変換機能を配置できるため、偏光変換光学系の小型化が可能になる。また、第一フライアイレンズを、光インテグレータと本発明の偏光変換光学素子とで共有化することで、部品点数が削減され、組付け工程の簡易化を図ることができる。

図１１および図１２に本発明の偏光変換ユニット２０を用いた画像投影装置の一例を示す。
図１１は、透過型液晶を用いた画像投影装置の一実施の形態を示す概念図であり、図１２は、反射型液晶を用いた画像投影装置の位置実施の形態を示す概念図であるが、いずれも液晶の画像形成素子を用いており、偏光選択性があり、その照明光学系はほぼ同じである。

図１１の構成例について動作を説明する。
画像投影装置は、光源からの光束を効率よく画像形成部へと導くための照明光形成部と、照明光を画像情報へと変換するための画像形成部と、画像情報を含む光束をスクリーンへと投影するための投射部とからなる。
まず、照明光形成部から説明する。
白色ランプなどの光源１０から発した無偏光光ビームはリフレクタ２４で略平行光となり、本発明の偏光変換ユニット２０に入射する。偏光変換ユニット２０では、前述したように第一フライアイレンズ、第二フライアイレンズ、及び偏光変換光学系の後段に配されるコンデンサレンズ１１により画像形成素子上に重ねて投影することにより、画像形成素子上の照度分布の均一化を行う。同時に、偏光変換光学系２０は、複屈折二焦点作用を備えた第一フライアイレンズと、第一の領域分割波長板と、第二の領域分割波長板とによって、無偏光光ビームを効率よく１偏光方向の光ビームに変換する。

偏光変換光学系２０を出た光ビームはコンデンサレンズ１１を通り、反射ミラーで反射される。照明光形成部を抜けた光は、画像形成部に入射する。画像形成部に入射した光は、ダイクロイックミラー１３−１、１３−２で赤、緑、青の各色用に分解されて、各々の画像形成素子に照射される。例えば、第１のダイクロイックミラー１３−１を透過したビームは、ミラーで反射された後、赤色用コンデンサレンズを通って赤色用液晶素子２３に照射される。

また、第１のダイクロイックミラー１３−１で反射し、第２のダイクロイックミラー１３−２で再び反射したビームは、緑色用コンデンサレンズを通して緑色用液晶素子２２に照射され、第２のダイクロイックミラー１３−２を透過したビームは、レンズ、ミラー、レンズ、ミラーを経由して青色用コンデンサレンズを通り、青色用液晶素子２１に照射される。

液晶素子２１、２２、２３は、各々画像形成素子を構成し、各偏光光を赤、緑、青の各色成分の画像信号に応じて変調する。液晶素子２１、２２、２３の各画像形成素子を経由したビームは色合成プリズム１２で合成される。画像形成部を抜けた光は、投射部に入射する。画像形成部を抜けた光は投影部の投射レンズ１７によりスクリーン１８上に投影される。

図１２の構成例の動作も図１１の場合と基本的に同様であるが、相違点は、ダイクロイックプリズム１２−１、ダイクロイックミラー１３の光学系で偏光光ビームを赤、緑、青の各色用に分解して、赤色成分は赤色用偏光ビームスプリッタ１６−１と赤色用反射型液晶素子１６とを通し、緑色成分は緑色用偏光ビームスプリッタ１５−１と緑色用反射型液晶素子１５とを通し、また、青色成分は青色用偏光ビームスプリッタ１４−１と青色用反射型液晶素子１４とを通して、各々色合成プリズム１２に入れている点である。

なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

〔作用効果〕
本実施形態においては、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、領域分割波長板の一側と他側で、進相軸と遅相軸の向きを入れ替える、すなわち光学軸を波長板の面内で９０度傾斜させるだけで製造できるので、部品加工が容易になる。
本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、第二の領域分割波長板の一側と他側の領域を入れ替えるだけで、出射直線偏光の方位角を９０度変える事ができるので、部品構成及び加工が容易になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、上記構成に対して、領域分割波長板の一側と他側で、進相軸と遅相軸の向きを入れ替える、すなわち光学軸を波長板の面内で９０度傾斜させるだけで製造できるので、部品加工が容易になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を、通常の集光レンズと複屈折基板で形成できるので簡易にユニットを製造することが可能になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を、回折面で形成できるので部品加工が容易になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を、一方向（直線）に加工する部品で製造できるので、部品加工が容易になる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、二焦点光学素子を球面レンズではなくシリンダ形状とすることで、簡易に製造できる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、上記いずれかの偏光変換ユニットを複数連ねるだけで、ビーム幅の広い入射光に対しても、偏光変換を行うことができるので、製作性に優れた偏光変換ユニットを得ることができる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、隣接する領域分割波長板のリターデーション領域を共通化することにより、偏光変換ユニットを複数連ねた時にリターデーション領域を少ない面数で実現することでるので、製造を容易にすることができる。

本実施形態の偏光変換ユニットにおいては、光インテグレーターの第一フライアイと第二フライアイの間に本発明の偏光変換ユニットを配置することで、偏光変換光学系を小型化することができる。さらに、第一フライアイと二焦点光学素子とを共通化することで、部品点数を削減し、製作性に優れた偏光変換光学系を得ることができる。

本実施形態の画像投影装置においては、偏光変換光学系を組付けるだけで、偏光変換ユニットと光インテグレーターの機能を持たせることができるので、画像投影装置の組付け工程を簡易化することができる。

本実施形態の偏光交換方法においては、光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻すことにより、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

本実施形態の画像投影方法においては、光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後リターデーションを打ち消して直線偏光成分に戻し、照明光に形成することにより、偏光変換を行う部品を領域分割波長板で構成できるので、部品加工が容易になる。

本発明は、液晶素子を照明するための光源、詳しくは液晶ディスプレイなどのバックライトに利用することができる。

本発明に係る偏光変換ユニットの一実施形態を示す原理図である。 図１に示した領域分割波長板の概念図である。 図１に示した偏光変換ユニットの偏光変換過程を示す図である。 本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。 本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。 本発明に係る偏光変換ユニットの他の実施形態を示す原理図である。 本発明に係る偏光変換ユニットに使われる二焦点光学素子の一実施の形態を示す概念図である。 （ａ）は、本発明に係る偏光交換ユニットの他の実施形態を示す構造図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。 （ａ）は、本発明に係る偏光交換ユニットの他の実施形態を示す構造図であり、（ｂ）は（ａ）の正面図である。 本発明の偏光変換ユニットと光インテグレータを組み合わせた偏光変換光学系である。 透過型液晶を用いた画像投影装置の一実施の形態を示す概念図である。 反射型液晶を用いた画像投影装置の位置実施の形態を示す概念図である。 （ａ）は、偏光分離膜３１、反射膜３２及び１／２波長板３３を単位ユニットとして、各単位ユニットがフライアイレンズ２５−２の各ピッチに対応するようにアレイ化した構成図の一例であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の反射膜３２を偏光分離膜３１と同様の分離膜３４に置き換えた構成図である。 透過型液晶を用いた従来の画像投影装置の概念図である。 反射型液晶を用いた従来の画像投影装置の概念図である。

符号の説明

１ 二焦点光学素子
２ 第一の領域分割波長板
３ 第二の領域分割波長板
α、β、γ、δ 領域
ｆｓ、ｆｐ 焦点
Ｉｐ、Ｉｓ 直線偏光成分

Claims (14)

1. 入射直線偏光の偏光方向によって短焦点位置と長焦点位置とに集光作用を持つ二焦点光学素子と、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とをこの順列で配置してなる偏光変換ユニットにおいて、前記二焦点光学素子の短焦点位置が前記第一の領域分割波長板と前記第二の領域分割波長板との間になるように配置し、前記二焦点光学素子の長焦点位置が前記第二の領域分割波長板以遠になるように配置し、前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、前記第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと前記第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλとなるように形成してなることを特徴とする偏光変換ユニット。
2. 前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換ユニット。
3. 入射直線偏光の偏光方向によって短焦点位置と長焦点位置とに集光作用を持つ二焦点光学素子と、第一の領域分割波長板と第二の領域分割波長板とをこの順列で配置してなる偏光変換ユニットにおいて、前記二焦点光学素子の短焦点位置が前記第一の領域分割波長板と前記第二の領域分割波長板との間になるように配置し、前記二焦点光学素子の長焦点位置が第二の領域分割波長板以遠になるように配置し、前記第一の領域分割波長板及び前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域のリターデーションと他側にある領域のリターデーションとの差がｍλ＋λ／２（ｍは整数、λは入射光束の波長）とし、前記第一の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションと前記第二の領域分割波長板の一側の領域におけるリターデーションとの差がｍλ＋λ／２となるように形成してなることを特徴とする偏光変換ユニット。
4. 前記第一の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で＋λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸で−λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されており、前記第二の領域分割波長板は、光軸に直交する面において領域分割で形成される仮想の分割線の一側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで−λ／４のリターデーションを付与し、前記領域分割で形成される仮想の分割線の他側にある領域に入射した光束に対して、進相軸と遅相軸とで＋λ／４のリターデーションを付与するように領域が分割されていることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換ユニット。
5. 前記二焦点光学素子は、光軸に垂直な面内において等方的な屈折率をもつ集光レンズと、光軸に垂直な面内において異方性屈折率をもつ透明部材とを備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
6. 前記二焦点光学素子は、入射直線偏光の偏光方向によって集光位置の異なる偏光回折素子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
7. 前記二焦点光学素子は、前記領域分割で形成される仮想の分割線に沿って線上に集光する光学素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
8. 前記二焦点光学素子は、前記領域分割で形成される仮想の分割線に沿って母線を持つシリンドリカルレンズ形状であることを特徴とする請求項７に記載の偏光変換ユニット。
9. 光軸に垂直な面内において、請求項１から８のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットが複数連なっていることを特徴とする偏光変換ユニット。
10. 請求項９に記載の偏光変換ユニットにおいて、前記領域分割波長板の一側の波長板と、該波長板に隣接する領域分割波長板の他側の波長板とが共通化されていることを特徴とする偏光変換ユニット。
11. 請求項９または１０に記載の偏光変換ユニットにおいて、前記第二の領域分割波長板の出射面にレンズアレイを配置したことを特徴とする偏光変換ユニット。
12. 光源からの光束を画像形成部へ導くため照明光に形成する照明光形成部と、該照明光を画像情報へ変換するための画像形成部と、画像情報を含む光束をスクリーンへ投影するための投射部からなる画像投影装置において、前記照明光形成部の光路上に、請求項１から１１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットを有することを特徴とする画像投影装置。
13. 光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後直線偏光成分に戻すことを特徴とする偏光変換方法。
14. 光源からの光束を照明光に形成し、該照明光を画像情報へ変換し、該画像情報を含む光束をスクリーンへ投影する画像投影方法において、前記光源からの光束を二焦点光学素子を用いて互いに直交する２二つの直線偏光成分に分割し、一方の直線偏光成分を右回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、他方の直線偏光成分を左回り円偏光にした後直線偏光成分に戻し、照明光に形成することを特徴とする画像投影方法。

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