JP2008102193A - 偏光変換素子、照明装置及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、かつ、振動や像ボケを抑えて、射出される光のシンチレーションを防止し、高画質化を図ることが可能な偏光変換素子、照明装置及び画像表示装置を提供すること。
【解決手段】入射した光のうち所定の振動方向の偏光光を透過させるとともに、所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面１５ａと該偏光分離面１５ａにおいて反射された光を射出端面１４ｂに反射させる反射面１５ｂとからなる複数の偏光分離部２０ａ〜２０ｆと、偏光分離面１５ａを透過した光の光路上あるいは反射面１５ｂにおいて反射した光の光路上に設けられ、射出端面１４ｂから射出される光の振動方向を揃える位相差付与手段１６とを備え、複数の偏光分離部２０ａ〜２０ｆとのうち少なくとも１つの偏光分離部の偏光分離面１５ａと反射面１５ｂとの間隔が残りの偏光分離部の偏光分離面１５ａと反射面１５ｂとの間隔と異なることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏光変換素子、照明装置及び画像表示装置に関する。

近年、プロジェクタが急速に普及してきている。主に、ビジネスプレゼンテーション用途で用いられてきたフロント投射型プロジェクタの他、最近ではリア型プロジェクタが、大型テレビ（ＰＴＶ；プロジェクションテレビ）の一形態として認知度を高めてきている。プロジェクション方式の最大の利点は、液晶テレビ、ＰＤＰ等の直視型ディスプレイに比べて低価格で同画面サイズの商品を供給できることである。しかし、直視型においても低価格化が進展しており、プロジェクタ表示装置にもより高い画質性能が求められつつある。

プロジェクタは、アークランプ等の光源から射出された光を液晶ライトバルブの光変調素子に照射し、光変調素子により変調された投射光をスクリーンに投射することで画像をスクリーンに表示するものである。このとき、スクリーンには、画像が表示されるだけでなく、スクリーン全面がぎらついて見える。これは、光線の干渉に伴う輝度ムラによるもので、スペックルノイズ、所謂シンチレーションと呼ばれる。

ここで、シンチレーションの発生原理について述べる。
図７に示すように、光源１０１から照射された光が液晶ライトバルブ１０２を透過して投射レンズ１０３によりスクリーン１０４へと投射される。スクリーン１０４に投射された投射光は、スクリーン１０４の散乱構造により回折し、それらが二次波源のように振舞うことによって拡散される。二次波源による２つの球面波が、互いの位相関係に応じて光の強めあいや弱めあいを起こすことによって、スクリーン１０４と鑑賞者との間に明暗の縞模様（干渉縞）となって現れる。この干渉縞が発生する像面１０５に鑑賞者の焦点が合わせられると、鑑賞者は干渉縞をスクリーンをぎらつかせるシンチレーションとして認識する。

シンチレーションは、スクリーン面に結像された画像を見ようとする鑑賞者によって、スクリーン面と鑑賞者との間にあたかもベール、レース布、くもの巣を張ったかのような不快感を与える。また、鑑賞者はスクリーン上の画像とシンチレーションとの２重の像を見ることになり、それぞれに視点を合わせようとするため大きな疲労を招く。したがって、このシンチレーションは、ストレスを鑑賞者に与えてしまう。

最近では、従来の高圧水銀ランプに替わる新しい光源の開発が進められており、特にレーザ光源は、エネルギー効率、色再現性、長寿命、瞬時点灯等の点で次世代プロジェクタ用光源として期待が高まっている。しかしながら、レーザ光源によるスクリーン上の投射光は、隣接する領域の光線の位相が揃っていることから干渉性が非常に高いものとなる。レーザ光源のコヒーレンス長は数十メートルにも及ぶこともあるため、同一の光源を分割して再合成すると、コヒーレンス長より短い光路差を経て合成された光が強い干渉を引き起こすことになり、高圧水銀ランプよりもはっきりとしたシンチレーション（干渉縞）が出現してしまう。
よって、特にレーザ光源を用いたプロジェクタの製品化においてシンチレーションの低減は必須技術となっている。

このようなシンチレーションの低減対策として、ライトバルブの後段に配置された投射系、特にスクリーンにおいて、選択的に干渉斑成分を空間的または時間的に積分し平均化させる技術（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）と、ライトバルブの前段の照明光学系において、光源から射出された光そのものの干渉性を低下させる技術（例えば、特許文献３参照。）とが開示されている。
この特許文献１は、スクリーンの拡散性を最適化したもので、拡散層、透明層（レンチキュラーレンズ）、拡散層の３層構造からなるスクリーンが記載されている。このように、散乱層が複雑化することによって干渉斑のランダム性は大きくなる。そのため、斑のうち細かい成分（空間周波数が小さい干渉縞）が多くなると、何らかの視線移動が起きたときに人間の眼の残像特性により光が積分平均化されるという効果が生じ得る。特に、動画鑑賞の場合は頻繁に視線移動が行われるため、シンチレーションの低減が期待できる。

また、特許文献２に記載の画像投影用スクリーンは、スクリーンを構成する光拡散層において散乱波の散乱分布および／または位相を時間的に変化させている。このようにスクリーン構造の一部または全体を動かす（振動を加える等）ことで散乱状態を変え、眼の残像効果で時間積分し、スペックルの発生を抑えている。

さらに、特許文献３に記載のレーザディスプレイ装置は、赤色，緑色，青色の半導体レーザと、各半導体レーザから射出されたレーザ光を平行光にする複数のコリメータレンズと、コリメータレンズにより平行化された光の強度分布を均一化する複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズから射出された光を変調する空間光変調器とを備えている。このレーザディスプレイ装置は、マイクロレンズが光軸を回転軸として回転可能となっている。そして、このマイクロレンズを回転させることによって空間光変調器を照射するレーザ光のスペックルノイズを低減もしくは消滅するようになっている。
特開平１１−０３８５１２号公報 特開２００１−１００３１６号公報 特開平１１−６４７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の透過型スクリーンのように、散乱度が高いスクリーンはスクリーンゲインが低くなる。現状のＬＥＤ，レーザ等の光源やランプ光源も省エネルギー等の要求から、十分な光出力を得るのは困難である。しかしながら、スクリーンにはある程度高いスクリーンゲイン（ＳＧ＝２．８〜４．０）が求められているため、スクリーンの散乱度を上げるのは得策ではない。
また、一般に、スクリーンの散乱度を高めると干渉縞（斑）が複雑化し、一見シンチレーションが低下したかのように見える。
しかし、これは主に視点を動かした際に干渉縞（斑）が眼の残像効果により時間積分されることによるもので、干渉縞そのものが消失された訳ではない。つまり、視点を固定して観察すると、散乱度の高いスクリーンにおいても干渉縞（斑）を認めることができる。

そこで、スクリーンの散乱層の内部の散乱材間で繰り返し反射する光線間にコヒーレンス長以上の光路差をつけることにより、原理的には干渉縞を低減することは可能である。しかしながら、例え、光線間にコヒーレンス長以上の光路差をつけることができたとしても、現実には繰り返し反射の過程で光線は急激に減衰して行く。このため、光路長の長い光線成分は、相対的に光強度が大幅に低下する。したがって、結果的にスクリーンの散乱度を高める構成では、干渉縞が弱くなったようには見えない。すなわち、特許文献１に記載の透過型スクリーンでは、拡散層において反射され混ぜ合わされるほとんどの光線間の光路差は、コヒーレンス長以下であるため、混ぜ合わされる際に、再び干渉縞を生じてしまう。したがって、上記の方法ではシンチレーションを低下させる効果がほとんど得られなかった。

また、特許文献２に記載のスクリーンのように、拡散層を動的に平均化させるものでは、余分なエネルギーを要したり、振動や音、像ボケを発生するという問題が生じる。
さらに、特許文献３に記載のレーザディスプレイ装置では、スペックルを低減させるために、マイクロレンズを回転させている。これにより、回転駆動系等の機構部品が必要になり、コストが高くなり、さらには、装置全体が大型化してしまう。また、回転駆動系の回転に伴う騒音も生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、低コスト、かつ、振動や像ボケを抑えて、射出される光のシンチレーションを防止し、高画質化を図ることが可能な偏光変換素子、照明装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の偏光変換素子は、入射した光のうち所定の振動方向の偏光光を透過させるとともに、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面と該偏光分離面において反射された光を射出端面に反射させる反射面とからなる複数の偏光分離部と、前記偏光分離面を透過した光の光路上あるいは前記反射面において反射した光の光路上に設けられ、前記射出端面から射出される光の振動方向を揃える位相差付与手段とを備え、前記複数の偏光分離部のうち少なくとも１つの前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔が残りの前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔と異なることを特徴とする。

本発明に係る偏光変換素子では、入射した光は、偏光分離面により所定の振動方向の偏光光と、所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光とに分離される。そして、偏光分離面において反射された光は、反射面において再び反射され、射出端面から射出される。このとき、少なくとも１つの偏光分離部の偏光分離面と反射面との間隔が残りの偏光分離部の偏光分離面と反射面との間隔と異なるため、１つの偏光分離部の反射面において反射された光の光路長と、残りの偏光分離部の反射面において反射された光の光路長とが異なる。この結果、それぞれの反射面において反射された光のスペックルパターンは異なるものとなる。したがって、本発明の偏光変換素子に光を入射させると、それぞれの反射面において反射された光は重ね合わされることにより干渉縞が平均化されるので、シンチレーションが抑えられた光が射出端面より射出される。

本発明の偏光変換素子は、隣接する前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔が異なることが好ましい。

本発明に係る偏光変換素子では、隣接する偏光分離部の偏光分離面と反射面との間隔が異なるため、隣接する反射面において反射されたそれぞれの光の光路長が異なる。この結果、隣接する反射面において反射された光のスペックルパターンは異なるものとなる。したがって、それぞれの反射面において反射された光は重ね合わされることにより干渉縞が平均化されるので、よりシンチレーションが抑えられた光が射出端面より射出される。

また、本発明の偏光変換素子は、前記複数の偏光分離部のうち前記偏光分離面と前記反射面との間隔が異なる前記偏光分離部において、前記偏光分離部の前記間隔の差は干渉距離より長いことが好ましい。

本発明に係る偏光変換素子では、偏光分離部の間隔の差が、入射する光の干渉距離（コヒーレンス長）より長いため、複数の偏光分離部のうち偏光分離面と反射面との間隔が異なる偏光分離部において、反射面から射出される光同士の干渉性を低下させることが可能となる。したがって、本発明では、より確実に射出される光のシンチレーションの発生を抑えることができる。

また、本発明の偏光変換素子は、前記複数の偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔がランダムであることが好ましい。
本発明に係る偏光変換素子では、複数の偏光分離部の偏光分離面と反射面との間隔がランダムであるため、各反射面から射出される光のスペックルパターンは異なるものとなる。したがって、本発明では、より確実に射出される光のシンチレーションの発生を抑えることができる。

本発明の照明装置は、光を射出する光源装置と、該光源装置から射出された光を一方向に振動する光に変換する上記偏光変換素子とを備えることを特徴とする。

本発明に係る照明装置は、光源装置より射出された光が、偏光変換素子に入射する。そして、偏光変換素子に入射した光は、一方向の偏光方向に揃えられ射出される。このとき、シンチレーションの発生が抑制できる偏光変換素子を用いているため、干渉性の低い光を射出する照明装置を提供することが可能となる。

本発明の照明装置は、前記光源装置から射出された光を各前記偏光分離部に集光させるとともに、前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔に応じた焦点距離を有する複数のレンズからなる集光手段を備えることが好ましい。

本発明に係る照明装置は、光源装置から射出された光が集光手段により偏光分離部に集光される。このとき、集光手段は、偏光分離部の偏光分離面と反射面との間隔に応じた焦点距離を有する複数のレンズからなるため、光源装置から射出された光を対応する反射面に集光させることができる。すなわち、偏光分離面と反射面との間隔が偏光分離部によって異なっていても、集光手段により適切な位置（偏光分離面と反射面との中間位置）に集光させることができる。したがって、反射面から反射される光のエテンデュの増大（光源放射角の増大）を最小限に抑えつつ、一方向の偏光光に揃えることができる。

本発明の画像表示装置は、上記照明装置と、該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。

本発明に係る画像表示装置は、照明装置より射出された光は、光変調装置に入射する。そして、光変調装置により変調された画像が、投射装置によって投射される。このとき、シンチレーションを抑えた照明装置を用いているため、輝度ムラがなく高画質な画像が表示されることになる。すなわち、本発明は、従来のように、スクリーンを振動させるものや、照明光学系に回転駆動系を用いたものではないため、簡易な構成、かつ、コストを抑えて、射出端面から射出される光のシンチレーションの発生を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る偏光変換素子，照明装置及び画像表示装置の実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

［一実施形態］
図１（ａ）は本実施形態に係るリアプロジェクタ（画像表示装置）１の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すリアプロジェクタ１の側面断面図である。本実施形態に係るリアプロジェクタ１は、光源装置から射出された光を光変調手段により変調し、この変調した光をスクリーン５５に拡大投射するものである。

図１（ａ）に示すように、リアプロジェクタ１は、筐体２と、筐体２の前面に取り付けられ、画像が投影されるスクリーン５５とを備えている。スクリーン５５の下方の筐体２にはフロントパネル３が設けられ、フロントパネル３の左右側にはスピーカからの音声を出力する開口部４が設けられている。

次に、リアプロジェクタ１の筐体２の内部構造について説明する。
図１（ｂ）に示すように、リアプロジェクタ１の筐体２内部の下方には投射光学系２０が配設されている。投射光学系２０とスクリーン５５との間には反射ミラー５，６が設けられており、投射光学系２０から出射された光が反射ミラー５，６によって反射され、スクリーン５５に拡大投影されるようになっている。

次に、リアプロジェクタ１の投射光学系２０の概略構成について図２を参照して説明する。なお、図２中においては、簡略化のためリアプロジェクタ１を構成する筐体２は省略している。

［投射光学系の全体構成］
投射光学系２０は、図２に示すように、照明装置１０と、色分離部（色分離手段）３０と、液晶ライトバルブ４０と、ダイクロイックプリズム（色合成手段）４５とを備えている。

［照明装置］
照明装置１０は、光を射出する高圧水銀ランプ（光源装置）１１と、高圧水銀ランプ１１から射出された光の照度分布を均一化する第１，第２インテグレータレンズ１２，１３と、均一化された不定偏光状態の光を特定の偏光方向の光に変換する偏光変換素子１４とを備えている。また、高圧水銀ランプ１１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）と緑色光（以下、「Ｇ光」という。）と青色光（以下、「Ｂ光」という。）とを含む白色光を射出するものである。

［偏光変換素子］
偏光変換素子１４は、図３に示すように、不定偏光光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光分離面１５ａと偏光分離面１５ａにおいて反射された光を射出端面１４ｂに反射させる反射面１５ｂとからなる複数の偏光分離部２０ａ〜２０ｆと、射出端面１４ｂに設けられ偏光分離面１５ａを透過した光の偏光面を９０度回転させる１／２波長板（位相差付与手段）１６と、入射端面１４ａに設けられた遮光膜１７とを備えている。

この偏光分離面１５ａは、ｓ偏光光を透過させｐ偏光光を反射させるものであり、第２インテグレータレンズ１３から射出された光が入射されるようになっている。また、反射面１５ｂは、偏光分離面１５ａにおいて反射された光が入射されるようになっている。これにより、偏光変換素子１４の入射端面１４ａから入射した光のうちｓ偏光の光は偏光分離面１５ａを透過し、射出端面１４ｂに設けられた１／２波長板１６により偏光面が９０度回転されｐ偏光の光として射出される。
一方、偏光変換素子１４の入射端面１４ａから入射した光のうちｐ偏光の光は偏光分離面１５ａで反射され、隣接する反射面１５ｂにおいて再び反射され、射出端面１４ｂからｐ偏光のまま射出される。これにより、偏光分離面１５ａを透過した光及び反射面１５ｂを反射した光は、偏光変換素子１４から同一方向に射出される。
また、偏光分離面１５ａおよび反射面１５ｂは、ランプ１１から射出された光の中心軸Ｏを含み、かつ偏光分離方向Ｄに直交する面に対し略４５度の角度を有するように配置されている。

遮光膜１７は、反射面１５ｂに直接光が入射する（光が偏光分離面１５ａを反射することなく入射する）のを防止するためのものであり、入射端面１４ａの反射面１５ｂから偏光分離面１５ａの間に設けられている。これにより、偏光変換素子１４の内部に迷光が混入するのを防止し、偏光変換素子１４から射出される光の単偏光の純度をより高め、コントラストを向上させることができる。

偏光変換素子１４は、偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂを１組の偏光分離部とすると、図示例では６組の第１〜第６偏光分離部２０ａ〜２０ｆを備えている。なお、本実施形態では、偏光変換素子１４の構成を分かり易く説明するために６組のアレイとなっているが、アレイの組数はこれに限るものではなく、特に１０組前後のものが好適に用いられる。
また、偏光変換素子１４の偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂは、ランプ１１から射出された光の中心軸Ｏを含み、かつ、偏光分離方向Ｄに直交する面に対称な配置となるように貼り合わされている。したがって、偏光変換素子１４の中心軸Ｏより図中上側に設けられた第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃについて説明する。

複数の第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃのうち少なくとも１つの偏光分離部の偏光分離面１５ａと反射面１５ｂとの間隔が残りの偏光分離部の偏光分離面１５ａと反射面１５ｂとの間隔と異なっていれば良い。すなわち、本実施形態では、第１偏光分離部２０ａの偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂの間隔Ｌと、第２偏光分離部２０ｂの偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂの間隔Ｍと、第３偏光分離部２０ｃの偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂの間隔Ｎとはすべて異なっている。具体的には、第１偏光分離部２０ａの間隔Ｌが５．１ｍｍ、第２偏光分離部２０ｂの間隔Ｍが５．０ｍｍ、第３偏光分離部２０ｃの間隔Ｎが５．２ｍｍとなっている。

また、本実施形態では光源装置として高圧水銀ランプ１１を用いているため、このランプ１１から射出される光のコヒーレンス長は１０μｍ前後（数μｍ〜数十μｍ）である。ここで、上記間隔Ｌ，Ｍ，Ｎは一例に過ぎないが、実際はコヒーレンス長の１０倍程度の光路を介してもまだ干渉縞は形成されるため、本実施形態のように第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃの間隔Ｌ，Ｍ，Ｎの差は１００μｍ（０．１ｍｍ）以上であることが好ましい。
なお、本実施形態での間隔とは、偏光分離面１５ａに入射した光が反射面１５ｂに到達するまでの光路長を示している。

次に、偏光変換素子１４の製造方法について説明する。
偏光変換素子１４は、図４に示すように、偏光分離膜２１ａが形成されたガラス板（透明部材）２１と、反射膜２１ｂが形成されたガラス板２１とを交互に複数積層した後、ガラス板２１に対して４５度の角度をなす切断線Ｐに沿って切断することにより形成する。したがって、一枚おきのガラス板２１の傾斜間隔Ｌ，Ｍ，Ｎの差が光路長の差に相当するため、ガラス板２１の厚みを変えることによって、反射面１５ｂから射出される光の光路長を変えることが可能である。このようにして、通常の偏光ビームスプリッタアレイと同様の方法で製造することができるため、所望の光路長を有する偏光変換素子１４を低コストで製造することができる。なお、反射膜を偏光分離膜で構成し、反射面１５ｂとしても良い。

［第１インテグレータレンズ及び第２インテグレータレンズ］
第１インテグレータレンズ１２及び第２インテグレータレンズ１３は、ランプ１１から射出された光のビーム面を分割し、拡大，偏向し、液晶ライトバルブ４０上で重ね合わせるものである。これにより、液晶ライトバルブ４０上の光線密度の均一化を図り、液晶ライトバルブ４０全体を照射することを可能にしている。

まず、第１インテグレータレンズ１２について説明する。
第１インテグレータレンズ（集光手段）１２は、図３に示すように、偏光変換素子１４の第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃの偏光分離面１５ａに対応して配列された微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなっている。また、第１インテグレータレンズ１２は、図５に示すように、図５の中心軸Ｏを含む面（図３で説明すれば中心軸Ｏを含み、かつ、偏光分離方向Ｄに直交する面）に対して上下対称な構成となっている。つまり、第１インテグレータレンズ１２は、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｃ，１２ｂ，１２ａの順でマトリックス状に配列されている。
また、第１インテグレータレンズ１２は、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心軸Ｏに対する垂直方向（偏光分離方向Ｄ）の幅（寸法）が異なるように形成されている。すなわち、第１インテグレータレンズ１２の微小レンズの幅は、微小レンズ１２ｂ，１２ｃ，１２ａの順に小さくなっている。これにより、ランプ１１から射出された光は、第１インテグレータレンズ１２により、第２インテグレータレンズ１３の対応した位置に集光されるように分割される。
なお、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心軸Ｏに対する垂直方向（偏光分離方向Ｄ）の幅（寸法）が異なる構成にしたが、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃのレンズ面の平均傾斜を偏光分離面１５ａの位置に応じて変化させても良い。すなわち、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを偏心レンズとしても良い。

さらに、本実施形態では、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの湾曲面の曲率半径は、微小レンズ１２ｂ，１２ａ，１２ｃの順に小さくなっている。すなわち、反射面１５ｂにおいて反射される光の光路長が最も長くなる第２偏光分離部２０ｂに対応する位置に、最も曲率半径の大きい微小レンズ１２ｂが配置されている。また、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、第１インテグレータレンズ１２により集光された光が偏光分離面１５ａと反射面１５ｂの間（望ましくは中間位置）において集光するような曲率半径を有するレンズである。このように、偏光分離面１５ａと反射面１５ｂの間で、最も光線が絞られるので、偏光分離部から射出される光のエテンデュの増大（光源放射角の増大）を最小限に抑えつつ、一方向の偏光光に揃えることができる。
なお、本実施形態のように、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの曲率半径を偏光変換素子１４の反射面１５ｂから射出される光の光路長に合わせて変化させる構成は、特に、光路長の差が大きい場合に有効である。

次に、第２インテグレータレンズ１３について説明する。
第２インテグレータレンズ１３は、図３に示すように、偏光変換素子１４の第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃの偏光分離面１５ａに対応して配列された微小レンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃからなっている。また、第２インテグレータレンズ１３は、図６に示すように、図６の中心軸Ｏを含む面（図３のものとは異なる、図３で説明すれば中心軸Ｏを含み、かつ、偏光分離方向Ｄに直交する面）に対して上下対称な構成となっている。つまり、第２インテグレータレンズ１３は、微小レンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｃ，１３ｂ，１３ａの順でマトリックス状に配列されている。
また、第２インテグレータレンズ１３は、第１インテグレータレンズ１２により分割された光を偏向させ偏光変換素子１４のそれぞれの偏光分離面１５ａに入射させるものである。
さらに、第２インテグレータレンズ１３は、微小レンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの中心軸Ｏに対する垂直方向（偏光分離方向Ｄ）の幅（寸法）が異なるように形成されている。すなわち、第２インテグレータレンズ１３の微小レンズの幅は、微小レンズ１３ｂ，１３ａ，１３ｃの順に小さくなっている。これにより、第１インテグレータレンズ１２から射出された光は、第２インテグレータレンズ１３により、偏光分離面１５ａに対応した位置に集光されるようになっている。
さらに、微小レンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれの偏心量は異なっており、第２インテグレータレンズ１３の光軸Ｏ１に近い微小レンズ１３ｃの偏心量に比べて光軸Ｏ１から離れた微小レンズ１３ａの偏心量の方が大きくなっている。これにより、第２インテグレータレンズ１３に入射された複数の光束を液晶ライトバルブに向かって偏向させている。

［色分離部］
色分離部３０は、図２に示すように、高圧水銀ランプ１１から射出された光のうち、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させるＲ光反射ダイクロイックミラー３１と、Ｇ光を反射させ、Ｂ光を透過させるＧ光反射ダイクロイックミラー３２とを備えている。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＲ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー３１において光路が９０度折り曲げられ、反射ミラー３５に入射する。そして、Ｒ光は、反射ミラー３５により光路が９０度折り曲げられ、Ｒ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）４０Ｒに入射される。

高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＧ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー３１を透過し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー３２においてＧ光の光路が９０度曲げられる。そして、Ｇ光はＧ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）４０Ｇに入射される。
高圧水銀ランプ１１から射出された光のうちＢ光は、Ｒ光反射ダイクロイックミラー３１及びＧ光反射ダイクロイックミラー３２を透過し、リレーレンズ３６を経由して反射ミラー３７に入射する。反射ミラー３７に入射したＢ光は、光路が９０度曲げられ、リレーレンズ３８を経由して反射ミラー３９に入射する。反射ミラー３９に入射した光は、光路が９０度曲げられ、Ｂ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）４０Ｂに入射される。

［ダイクロイックプリズム］
各液晶ライトバルブ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂによって変調された３つの色光は、クロスダイクロイックプリズム４５に入射する。このプリズムは４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ（投射装置）５０によりスクリーン５５上に投射され、拡大された画像が表示される。

本実施形態に係るリアプロジェクタ１では、ランプ１１から射出され複数の反射面１５ｂにおいて反射された光の光路長が異なるため、隣接するそれぞれの反射面１５ｂにおいて反射された光のスペックルパターンは異なるものとなる。さらには、隣接する第１偏光分離部２０ａの間隔Ｌと第２偏光分離部２０ｂの間隔Ｍとの差及び第２偏光分離部２０ｂの間隔Ｍと第３偏光分離部２０ｃの間隔Ｎとの差が、入射する光の干渉距離（コヒーレンス長）より長い。これにより、隣接する反射面１５ｂから射出される光同士の干渉性が低下されるため、液晶ライトバルブ４０において重ね合わされた光のシンチレーションを大きく低減することが可能となる。
また、微小レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心軸Ｏに対する垂直方向（偏光分離方向Ｄ）の幅（寸法）が異なり、微小レンズ１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれの偏心率が異なっているため、第１〜第６偏光分離部２０ａ〜２０ｆの偏光分離面１５ａを透過する光の光学距離にも差が生じる。これにより、偏光分離面１５ａを透過し、液晶ライトバルブ４０において重ね合わされた光のシンチレーションも大きく低減することが可能となる。
つまり、本実施形態のリアプロジェクタ１は、低コスト、かつ、振動や像ボケを抑えて、射出される光のシンチレーションを防止し、高画質化を図ることが可能である。

なお、光源装置として高圧水銀ランプ１１を用いたが固体光源等であっても良い。但し、本実施形態では、光源から射出される光のコヒーレンス長が数ｍｍ以下の場合を想定しているため、コヒーレンス長の長いレーザ光を射出するレーザ光源より、コヒーレンス長が短いＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＳＬＤ(Super Luminescent Diode)からなる光源の方が本実施形態の効果を得ることができる。
また、少なくとも１つの偏光分離部の間隔が異なっていれば良いため、例えば、複数の偏光分離部のうち１つの偏光分離部の間隔が５．０ｍｍで、残りの偏光分離部の間隔がすべて５．１ｍｍであっても良い。さらに、この間隔が偏光変換素子１４の外側に向かうに連れて順に大きくなるものや、順に小さくなるものであっても良い。しかしながら、上記実施形態のように、間隔が５．１ｍｍ，５．２ｍｍ，５．０ｍｍのようにランダムな配置の方が、より光のシンチレーションを防止し、高画質化を図ることが可能である。さらには、中心軸Ｏを含み、かつ、偏光分離方向Ｄに直交する面に対して非対称となるように、偏光分離部の間隔を設定してもよい。このような構成により、光源からの射出光の照度分布の対称性（中心部が明るく、周辺部が暗い）に対して、非対称な偏光分離部の間隔が作用することにより、中心部の明るい光が異なる間隔の偏光分離部に入射することとなり、明るい光に対して光路長の差が大きくなるため、より効果的に光のシンチレーションを防止することができる。

また、本実施形態では、第１、第２、第３偏光分離部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの偏光分離面１５ａと反射面１５ｂとの間隔Ｌ、Ｍ、Ｎがコヒーレンス長より長い構成にしたが、少なくとも第１〜第３偏光分離部２０ａ〜２０ｃのうち１つの偏光分離部の間隔と残りの偏光分離部の間隔とが異なっていれば良い。すなわち、反射面１５ｂにおいて反射された光の光路長が異なるため、反射面１５ｂにおいて反射された光のスペックルパターンは異なるものとなる。したがって、それぞれの反射面１５ｂにおいて反射された光は重ね合わされることにより干渉縞が平均化されるので、シンチレーションが抑えられた光を射出することが可能となる。
さらに、偏光変換素子１４は、偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂがランプ１１から射出された光の中心軸Ｏを含み、偏光分離方向Ｄに直交する面に対し対称な配置となるように貼り合わされた構成にしたが、偏光分離面１５ａ及び反射面１５ｂがすべて同じ方向に傾斜した構成であっても良い。この構成の場合、偏光分離部の間隔をすべて異なるように形成することで、より光のシンチレーションを防止し、高画質化を図ることが可能である。

なお、照明装置１０において、液晶ライトバルブ４０上の光線密度の均一化を図るために、第１，第２インテグレータレンズ１２，１３を用いたが、均一化手段としてはこれに限るものではない。すなわち、ランプ１１から射出された光を分割して偏光変換素子１４に入射させたが、偏光変換素子１４に一様な光を入射させても良い。また、第２インテグレータレンズ１３の微小レンズ１３ａ〜１３ｃを偏心させず、偏光変換素子１４の後段に重畳レンズを配置しても良い。
また、１／２波長板１６を偏光分離面１５ａを透過した光の光路上に配置したが、反射面１５ｂにおいて反射した光の光路上に配置し、偏光変換素子１４から射出される光をｓ偏光に揃えても良い。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態において、背面投射型のプロジェクタであるリアプロジェクタを例に挙げて説明したが、フロント投射型のプロジェクタ（画像表示装置）であっても良い。
また、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブを用いた例を示したが、反射型の液晶ライトバルブ、及び、微小ミラーアレイデバイスを光変調装置として用いることもできる。その際には、投射光学系の構成は適宜変更される。

本発明の一実施形態に係る画像表示装置の概略構成図である。 本発明の画像表示装置の投射光学系の概略構成図である。 本発明の画像表示装置の照明装置の一部を示す平面図である。 本発明の画像表示装置の偏光変換素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の画像表示装置の第１インテグレータレンズを示す斜視図である。 本発明の画像表示装置の第２インテグレータレンズを示す斜視図である。 シンチレーションの原理を示す図である。

符号の説明

１…リアプロジェクタ（画像表示装置）、１０…照明装置、１１…高圧水銀ランプ（光源装置）、１３…第２インテグレータレンズ（集光手段）、１４…偏光変換素子、１５ａ…偏光分離面、１５ｂ…反射面、４０Ｒ…Ｒ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、４０Ｇ…Ｇ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、４０Ｂ…Ｂ光用液晶ライトバルブ（光変調装置）、５０…投射レンズ（投射装置）

Claims (7)

1. 入射した光のうち所定の振動方向の偏光光を透過させるとともに、前記所定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面と該偏光分離面において反射された光を射出端面に反射させる反射面とを有する複数の偏光分離部と、
   前記偏光分離面を透過した光の光路上あるいは前記反射面において反射した光の光路上に設けられ、前記射出端面から射出される光の振動方向を揃える位相差付与手段とを備え、
   前記複数の偏光分離部のうち少なくとも１つの前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔が残りの前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔と異なることを特徴とする偏光変換素子。
2. 隣接する前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔が異なることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
3. 前記複数の偏光分離部のうち前記偏光分離面と前記反射面との間隔が異なる前記偏光分離部において、前記偏光分離部の前記間隔の差は干渉距離より長いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子。
4. 前記複数の偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔がランダムであることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
5. 光を射出する光源装置と、
   該光源装置から射出された光を一方向に振動する光に変換する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光変換素子とを備えることを特徴とする照明装置。
6. 前記光源装置から射出された光を各前記偏光分離部に集光させるとともに、前記偏光分離部の前記偏光分離面と前記反射面との間隔に応じた焦点距離を有する複数のレンズからなる集光手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の照明装置と、
   該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する光変調装置と、
   該光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする画像表示装置。

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