JP2012159821A - 波長板及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性を備え、かつ大型化の図れる波長板、及びこれを備えた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置を安価に提供することを目的とする。
【解決手段】複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニット１と、複数の水晶板が、その主面を第１の水晶板ユニット１の主面上に配置して、第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニット２と、によって波長板を構成し、この波長板を偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置に用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過する光の偏光方向を変える波長板、及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置に関する。

従来より、投射型画像表示装置（プロジェクタ）には、光の利用効率を上げるために偏光変換素子が用いられている。この偏光変換素子には、光の偏光方向を変えるために１／２波長板が用いられている。
こうした用途の１／２波長板は、可視域の波長全般において良好な偏光変換を行うことが必要であり、広帯域の１／２波長が用いられている。

１／２波長板の材料としては、ポリカーボネート等のフィルムが一般的であるが、耐熱性や耐候性が低く、劣化しやすいという問題があった。このため、例えば下記特許文献１では、２枚の水晶板を重ね合わせることにより１／２波長板を構成している。
また、下記特許文献２では、互いの光学軸が所定の角度で交差するように２枚の水晶板を重ね合わせることで、１／２波長板を広帯域化できるとしている。

水晶板によって１／２波長板を構成することにより、波長板そのものの耐熱性や、耐候性は向上する。しかし、これには二つの問題が存在している。
第１の問題は、水晶板によって構成した波長板を用いて偏光変換素子を組み立てると、偏光変換素子の耐熱性や耐候性に難が生じることである。

偏光変換素子は、一般的に、偏光ビームスプリッタ膜を形成して配列された複数個のガラスプリズム上に、１／２波長板を固定している。接着剤によってガラスプリズム上に１／２波長板を貼り付けると、偏光変換素子を透過する光の熱による接着剤の劣化や、ガラスと水晶の熱膨張率の差によって１／２波長板が剥がれやすくなる。

この問題を解決する方法として、下記特許文献３では、ガラスプリズム等によって構成される偏光パネルの周縁部、すなわち、光を透過させない領域に接着剤を配し、１／２波長板の端部のみを接着固定することが開示されている。
この方法では、光の透過領域に接着剤が存在しないので、固着箇所が剥がれる等の劣化が生じないとしている。

また、下記特許文献４に開示された偏光変換素子では、位相差板（波長板）の端部を両面テープによって板ガラスに貼り付けている。この方法においても、光の透過領域に両面テープが存在していない。特に下記特許文献４では、両面テープで貼着することにより板ガラスと位相差板との間に微小なクリアランスを設け、干渉縞の発生を抑えることができるとしている。

第２の問題は、波長板の大型化が困難なことである。
波長板の作製には、そのサイズに合った水晶板を用意する必要がある。水晶板は、水晶の結晶塊から切り出すことによって作製されるため、大きなサイズの水晶板を得るには、大きな結晶塊を用意しなければならない。大きな結晶塊を用意することは難しく、また、用意できたとしてもコストが高くなるため、水晶板によって構成する波長板の大型化が困難になる。

これについて、下記特許文献５に開示された偏光変換素子では、分割された複数の水晶板を位置決めして透明部材に貼り付け、一つの位相差板（波長板）としての機能を持たせることで、擬似的に波長板の大型化を図っている。

一方、下記特許文献６では、水晶板の分割数を二つにすることが記載されている。二つに分割された水晶板によって一つの位相差板（波長板）が構成されるものである。
二つに分割された水晶板の継ぎ目位置には位相差板支持部材が配置され、位相差板支持部材により水晶板を押圧する。これにより、二つに分割された水晶板を一つの位相差板として偏光分離素子（板ガラス）に固定している。
また、二つに分割された水晶板からなる位相差板の両端部は、偏光分離素子の周辺部、すなわち、光が透過しない領域に配置され、偏光分離素子の周縁に設けられた枠部に熱カシメによって固定される。

上記特許文献５に開示された方法では、分割された複数の水晶板それぞれを、接着剤によって透明部材に貼り付けなければならない。透明部材の中心領域、すなわち、光が透過する領域に配置された水晶板も接着剤によって透明部材に固定されている。したがって、この領域に配置された水晶板は、光の熱による接着剤の劣化や、水晶とガラスの熱膨張率の差によって剥がれやすくなるという、上述の第１の問題を有していることになる。

これに対し、上記特許文献６に開示された方法では、二つに分割された水晶板によって一つの位相差板を構成することで、位相差板の大型化を図れる。また、位相差板の両端部をカシメによって固定しているので、接着剤の劣化といった問題も無い。したがって、上記特許文献６の方法は、上述の二つの問題を解決することが可能である。

特開２００３−３０２５２３号公報 特許第４２７７５１４号公報 特開２００９−２８８２６２号公報 特許第４３２９８５２号公報 特開２００７−５８０１８号公報 特開２０１０−８８２７号公報

しかし、上記特許文献６に開示された方法では、位相差板支持部材といった新たな部材を設ける必要があり、部品点数が多くなるので、コストが高くなる。
また、位相差板支持部材は、水晶板の上に配置されるので、位相差板支持部材と偏光分離素子との間には隙間が生じる。すなわち、位相差板支持部材を偏光分離素子に直接固定することができないので、偏光分離素子の周縁に枠部を設け、位相差板支持部材を枠部に固定させる必要がある。したがって、メカ構造が複雑となってしまう。

上述の点を鑑みて、本開示は、耐熱性を備え、かつ大型化の図れる波長板、及びこれを備えた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置を安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の波長板は、複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットを備える。
また、本開示の波長板は、複数の水晶板が、その主面を第１の水晶板ユニットの主面上に配置して、第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットを備える。

また、偏光変換素子は、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割素子と、偏光分割素子により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を含む。
そして、この波長板に上述の波長板を用いるものである。

また、照明光学系は、光源と、この光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子と、インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置される偏光変換素子と、を含む。
そして、この偏光変換素子に上述の偏光変換素子を用いるものである。

また、画像表示装置は、照明光学系と、照明光学系から出射された光を分光する分光光学系と、分光された光をそれぞれ変調する液晶パネルと、この液晶パネルによって変調された光を合成する光合成部と、光合成部により合成された光を投射するレンズと、を含む。
そして、この照明光学系に上述の照明光学系を用いるものである。

本開示の波長板及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置によれば、複数個の水晶板が継ぎ合わされた二つの水晶板ユニットを重ね合わせることで、波長板が構成される。
また、重ね合わされた水晶板の継ぎ目位置は、二つの水晶板ユニットで異なるように構成される。このため水晶板の継ぎ目位置における波長板の強度を高めることができる。

本開示の波長板及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置によれば、水晶板を継ぎ合わせたとしても、その継ぎ目における強度を確保できる。このため、継ぎ目位置を支持する部材を設けることなく、簡易に大型化を図ることが可能であり、低コストでの製造を実現できる。

本開示の第１の実施の形態に係る波長板の構成を示す概略斜視図である。 図２Ａは、本開示の第１の実施の形態に係る偏光変換素子の概略上面図であり、図２Ｂは、その概略正面図であり、図２Ｃは、その概略側面図である。 図３Ａは、同一の６個の水晶板によって構成された波長板を示す説明図であり、図３Ｂは、３種類の長さの水晶板を２個ずつ用いて構成された波長板を示す説明図である。 本開示の第２の実施の形態に係る照明光学系の構成を示す概略構成図である。 本開示の第２の実施の形態に係る照明光学系の第２のフライアイレンズと偏光変換素子の概略構成を拡大して示した説明図である。 光源から平行光を出射させた場合に、偏光変換素子の配置位置近傍で観測される光の強度分布を示した説明図である。 光源から発散光を出射させた場合に、偏光変換素子の配置位置近傍で観測される光の強度分布を示した説明図である。 水晶板の継ぎ目が、第２のフライアイレンズを構成する各レンズ同士の境界から、その光軸方向延長上に配置される状態を示す説明図である。 本開示の第３の実施の形態に係る画像表示装置の構成を示す概略構成図である。

説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（波長板と、これを用いた偏光変換素子）
２．第２の実施の形態（照明光学系）
３．第３の実施の形態（画像表示装置）

１．第１の実施の形態（波長板と、これを用いた偏光変換素子）
図１は、第１の実施の形態による波長板１００の概略構成を示す斜視図であり、また、図２は、この波長板１００を用いた偏光変換素子を示す概略構成図である。
本実施の形態による波長板１００は、複数個の水晶板が継ぎ合わされた第１の水晶板ユニット１と、第１の水晶板ユニット１上に配置され、複数個の水晶板が継ぎ合わされた第２の水晶板ユニット２を備えている。

本実施の形態において、第１の水晶板ユニット１は、略矩形形状をした一個の水晶板３と、その長手方向の長さが水晶板３よりも短い２個の水晶板４との合計３個の水晶板によって構成されている。また、第１の水晶板ユニット１の主面のうち、第２の水晶板ユニットに接していない主面には反射防止膜が形成されている。
水晶板３の短手方向の長さは、例えば約４ｍｍであり、長手方向の長さは、例えば約３３ｍｍである。また、水晶板４の短手方向の長さは例えば約４ｍｍであり、長手方向の長さは例えば約２７ｍｍである。また、水晶板３及び水晶板４の厚さは、例えば０．１５ｍｍである。

水晶板３の長手方向両端にそれぞれ水晶板４が配されており、その長手方向に一列に密接して並べられている。これら水晶板３及び水晶板４は、それぞれの主面が同一平面上に配置されている。水晶板３と水晶板４との継ぎ目６ａ，６ｂにおける接触面は、場合に応じて接着剤等により固着させていてもよい。

また、第２の水晶板ユニット２は、略矩形形状をした３個の水晶板５によって構成されている。水晶板５の短手方向の長さは水晶板３及び水晶板４と同じであるが、長手方向の長さは、水晶板３よりも短く、水晶板４よりも長い。水晶板５の短手方向の長さは、例えば４ｍｍであり、長手方向の長さは２９ｍｍである。また、水晶板５の厚さは例えば０．１５ｍｍである。
また、第２の水晶板ユニット２の主面のうち、第１の水晶板ユニット１に接していない主面には、反射防止膜が形成されている。

３個の水晶板５は、第１の水晶板ユニット１の主面上に配置され、その長手方向に一列に密接して並べられている。隣り合う水晶板５同士の継ぎ目６ｃ，６ｄは、接着剤等により固着させてもよい。
また、３個の水晶板５からなる第２の水晶板ユニット２は、第１の水晶板ユニット１の主面に対して、例えば光透過性の接着剤や、紫外線硬化樹脂等により接着されている。

水晶板３，４，５は、例えば結晶の光学軸を斜めに切断、いわゆるＺカットによって形成されており、一枚の水晶板で０次の１／２波長板として機能することが可能である。
第１の水晶板ユニット１を構成する水晶板３及び水晶板４の光学軸方向は同一である。また、第２の水晶板ユニット２を構成する水晶板５の光学軸方向は、水晶板３及び水晶板４の光学軸方向と異なっている。水晶板３及び水晶板４の光学軸と、水晶板５の光学軸との交差角を適宜設定することで、１／２波長板として作用可能な光の波長帯域を調節できる。

なお、図１に示しているように、本実施の形態による波長板１００は、第１の水晶板ユニット１を構成する水晶板３と水晶板４の継ぎ目６ａ，６ｂの位置と、第２の水晶板ユニットを構成する水晶板５の継ぎ目６ｃ，６ｄの位置が異なっている。
つまり、第１の水晶板ユニット１に係る継ぎ目６ａ，６ｂと、第２の水晶板ユニット２に係る継ぎ目６ｃ，６ｄは、水晶板３，４（水晶板５）の主面の法線方向において、その位置が一致せず、ずれている。

従来は、複数個の水晶板を継ぎ合わせた波長板の強度が弱いという問題があり、その問題点を解決するために、水晶板の継ぎ目位置に指示部材を設けていた。
本実施の形態では、第１の水晶板ユニット１と第２の水晶板ユニット２の接着は、同じ材料同士の接着なので、熱膨張による影響は小さく、強固に固定される。また、継ぎ目６ａ，６ｃの位置が異なっていることにより、継ぎ目６ａは、水晶板５によって支えられ、継ぎ目６ｃは、水晶板３によって支えられる。継ぎ目６ｂは、水晶板５によって支えられ、継ぎ目６ｄは、水晶板３によって支えられる。

このように、第１の水晶板ユニット１を構成する水晶板３，４の継ぎ目６ａ，６ｂの位置と、第２の水晶板ユニット２を構成する水晶板５の継ぎ目６ｃ，６ｄの位置とを異ならせることで、それぞれの継ぎ目位置における強度を高めることができる。このため、複数個の水晶板を継ぎ合わせたとしても、従来のような支持部材を新たに設けることなく、一つの波長板として用いることができるので、容易に大型化を図ることが可能であり、コストも低減できる。

また、本実施の形態では、同じ長さの水晶板５によって第２の水晶板ユニット２を構成し、水晶板５よりも長手方向の長さが長い水晶板３と、水晶板５よりも長手方向の長さが短い水晶板４とによって第１の水晶板ユニット１を構成している。
それぞれ３個の水晶板を継ぎ合わせて、第１の水晶板ユニット１及び第２の水晶板ユニット２を形成する場合には、水晶板の長さを上述のように設定することにより、長さの異なる３種類の水晶板のみによって波長板１００を構成できる。このため、製造を容易にすることが可能である。

図２は、この波長板１００を用いて構成された偏光変換素子２００の構成を示す概略構成図である。図２Ａは、偏光変換素子２００の平面図であり、図２Ｂは図２ＡのＡ矢視図、図２Ｃは図２ＡのＢ矢視図である。
本実施形態の偏光変換素子２００は、入射した光を偏光方向が互いに直交する偏光に分割する偏光分割素子７と、偏光分割素子７により分割された一方の偏光の光路上に配設された複数の波長板１００と、を備える。

偏光分割素子７は、例えば平行六面体形状の複数個のプリズム８を貼り合わせることによって構成されている。プリズム８同士の張り合わせ面には、例えばｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過するＰＢＳ面９ａと、ＰＢＳ面９ａによって反射されたｓ偏光を再び反射する反射面９ｂとが交互に形成されている。

また、ＰＢＳ面９ａを透過したＰ偏光が出射するプリズム８の出射面には、上述の波長板１００が配設されている。
波長板１００は、例えばその長手方向の両端部が、偏光分割素子７（プリズム８）に対して固定される。固定の方法は、接着剤を用いて接着してもよいし、波長板１００と偏光分割素子７とをメカ的に挟み込むようにしてもよく、ここでは特に限定するものではない。

偏光分割素子７の周縁部において波長板１００の長手方向の両端部を固定することで、偏光変換素子２００を透過する光による接着の劣化が抑制される。
また、出射面に波長板１００の設けられたプリズム８において、光の入射側の面には遮光板１０を設けてもよい。

図２Ｂの矢印Ａ１に示すように、本実施の形態における偏光変換素子２００に入射したｓ偏光は、プリズム８のＰＢＳ面９ａによって反射され、反射面９ｂに入射する。そして反射面９ｂによって再び反射され、ｓ偏光としてそのまま出射される。
一方、本実施の形態による偏光変換素子２００に入射したｐ偏光は、矢印Ａ２に示すように、プリズム８のＰＢＳ面９ａを透過して波長板１００に入射する。そして、波長板１００に入射したｐ偏光は、１８０度の位相差（λ／２）が発生することにより偏光変化し、ｓ偏光として出射される。

既述のように、本実施の形態による波長板１００は、第１の水晶板ユニット１を構成する水晶板の継ぎ目位置と、第２の水晶板ユニット２を構成する水晶板の継ぎ目位置が異なるので、それぞれの継ぎ目位置において従来よりも高い強度が確保されている。
したがって、継ぎ目位置に支持部材を配することなく波長板１００を偏光分割素子７に固定することが可能である。このため、本実施の形態による偏光変換素子２００は低コストで製造でき、容易に大型化を図れる。

また、本実施形態による偏光変換素子２００では、波長板１００の長手方向の両端が、偏光分割素子７の周縁部において固定される。したがって、波長板１００と偏光分割素子７との固定を接着剤にて行ったとしても、光は接着剤に入射しない。このため、波長板１００と偏光分割素子７との間の接着力の低下を防ぐことができ、耐熱性も確保されている。

特に、図２Ｃに示すように、波長板１００は、水晶板３と水晶板４からなる第１の水晶板ユニット１側が偏光分割素子７に固定されている。
第１の水晶板ユニット１を構成する水晶板のうち、両端に配置される２個の水晶板４は、その端部において偏光分割素子７に固定されている。すなわち、水晶板４は偏光分割素子７の周縁部において固定されるので、透過する光の影響を受けず、耐熱性が確保される。

また、水晶板４と水晶板４上に配置される水晶板５との固定は、同じ材料同士の固定なので、熱膨張しても両者のずれが生じ難く、耐熱性を確保することができる。
したがって、水晶板４と、水晶板４上に配置されている水晶板５は、耐熱性が確保された状態で偏光分割素子７に固定されている。

一方、２個の水晶板４の間に配置された水晶板３は、偏光分割素子７に対して直接は固定されていない。しかし、水晶板４の上に配置された水晶板５によって両端部を固定されているので、水晶板３は、主面の法線方向に偏光分割素子７から剥がれることはない。また、水晶板３上に配置された水晶板５は、接着剤等によって水晶板３に接着されるが、同じ材料同士の接着であるので、熱膨張しても両者のずれが生じ難い。
このように、第１の水晶板ユニット１側を偏光分割素子７に配置することで、より確実に固定することが可能である。

なお、ここでは、第１の水晶板ユニット１の長手方向の両端の端面と、第２の水晶板ユニット２の長手方向の両端の端面とが一致するように波長板１００を構成しているが、必ずしも端面が一致している必要は無い。
例えば、図３Ａに示す波長板１１０では、同じ３個の水晶板１１を、その長手方向に一列に並べ、同一平面上に継ぎ合わせることによって第１の水晶板ユニット１ａを形成している。
また、第２の水晶板ユニット２ａも同様に、同じ３個の水晶板１１をその長手方向に一列に並べ、同一平面上に継ぎ合わせることによって構成されている。
第２の水晶板ユニット２ａは、この第１の水晶板ユニット１ａの主面上に重ね合わせて配置され、接着剤により固定されている。

第２の水晶板ユニット２ａは、第１の水晶板ユニット１ａに対して、その長手方向にずらして第１の水晶板ユニット１ａ上に配置されている。これにより、第２の水晶板ユニット２ａの継ぎ目１２ｃ，１２ｃが、第１の水晶板ユニット１ａの継ぎ目１２ａ，１２ｂと異なる位置に配置され、継ぎ目位置における波長板１１０の強度を高めることができる。

第２の水晶板ユニット２ａを、その長手方向にずらして配置することにより、第１の水晶板ユニット１ａの長手方向の端面と第２の水晶板ユニット２ａの端面とは一致しないが、波長板として有効な領域の面積を十分に確保可能であれば、このように構成してもよい。
この場合には、１種類の水晶板のみによって波長板１１０を構成できるので、コストを低減できる。

また、図３Ｂに示すように波長板１２０を構成することも可能である。波長板１２０は、複数個の水晶板が同一平面上に継ぎ合わされた第１の水晶板ユニット１ｂと、複数個の水晶板が、第１の水晶板ユニット１ｂの主面上において継ぎ合わされた第２の水晶板ユニット２ｂによって構成されている。

第１の水晶板ユニット１ｂは、略矩形形状をした水晶板１３と、その長手方向の長さが水晶板１３よりも長い水晶板１４と、その長手方向の長さが水晶板１３よりも短い水晶板１５とによって形成されている。
また、第２の水晶板ユニット２ｂも同様に、略矩形形状をした水晶板１３と、その長手方向の長さが水晶板１３よりも長い水晶板１４と、その長手方向の長さが水晶板１３よりも短い水晶板１５とによって形成されている。

ただし、第１の水晶板ユニット１ｂにおける水晶板１４と、第２の水晶板ユニット２ｂにおける水晶板１５とが重ね合わされ、第１の水晶板ユニット１ｂにおける水晶板１５と、第２の水晶板ユニット２ｂにおける水晶板１４とが重ね合わされている。
また、第１の水晶板ユニット１ｂ及び第２の水晶板ユニット２ｂともに、水晶板１４と水晶板１５の間に水晶板１３が配設されている。

このような構成でも、第１の水晶板ユニット１ｂの継ぎ目１６ｃ，１６ｄを、第２の水晶板ユニット２ｂの継ぎ目１６ａ，１６ｂと異なる位置に配置することができ、継ぎ目位置における強度を高めることが可能である。また、この場合には、第１の水晶板ユニット１ｂと第２の水晶板ユニット２ｂの長手方向の端面を一致させることができる。

本実施の形態では、３個の水晶板を同一平面上に並べて継ぎ合わせる例としたが、２個又は４個以上の水晶板によって第１の水晶板ユニットと第２の水晶板ユニットを構成してもよい。
この場合においても、第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置と、第２の水晶板ユニットの継ぎ目位置が異なるように構成することで、継ぎ目位置においても強度を確保できる。また、その際の各水晶板の長さや配置等は、適宜決定してよいが、より少ない種類の水晶板で構成することが好ましい。

２．第２の実施の形態（照明光学系に用いる例）
図４は、本開示の第２の実施の形態を示す照明光学系３００の概略構成図である。本実施形態の照明光学系３００は、光を出射する光源２０と、光源２０から出射された光の輝度ムラを低減するインテグレータ素子２５と、インテグレータ素子２５を透過した光の偏光方向を揃える偏光変換素子２６を含む。

光源２０には、例えば超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源２０から出射された光は、リフレクタ２１によって反射され、リフレクタ２１の光出射口を覆う防爆ガラス２２を透って出射される。防爆ガラス２２は光源２０を損傷等から保護するために設けられている。

防爆ガラス２２を透過した光は、インテグレータ素子２５により、その光軸に垂直な面内における輝度分布のムラが低減される。本実施の形態においてインテグレータ素子２５は、第１のフライアイレンズ２３と、第２のフライアイレンズ２４とによって構成されている。
また、光源２０とインテグレータ素子２５との間に紫外線カットフィルタ等を配設してもよい。

インテグレータ素子２５を透過した光は、偏光変換素子２６によってその偏光方向が一方向に揃えられた光に変換され、照明光学系３００より出射される。
この偏光変換素子２６には、第１の実施の形態において示した偏光変換素子２００を用いることができる。
偏光変換素子２００は、既述のように、複数個の水晶板を継ぎ目位置が異なるように継ぎ合わせた波長板を用いて構成される。したがって、耐熱性に優れ、かつ大型化が容易である。このため、本実施の形態による照明光学系３００では、例えば広範囲を照らし、かつ大出力な照明を簡易に低コストで実現することができる。

図５は、この照明光学系３００の第２のフライアイレンズ２４と偏光変換素子２６の概略構成を拡大して示した説明図である。偏光変換素子２６は、入射した光を偏光方向が互いに直交する偏光に分割する偏光分割素子２９と、偏光分割素子２９により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板２７を備えている。
波長板２７は、第１の実施の形態において示した波長板１００、または波長板１１０、または波長板１２０等を用いることができる。したがって、波長板２７は、３個の水晶板を同一平面上に継ぎ合わせた第１の水晶板ユニット２７ａと、３個の水晶板を第１の水晶板ユニット２７ａ上において継ぎ合わせた第２の水晶板ユニット２７ｂによって構成されている。
また、第１の水晶板ユニット２７ａの継ぎ目２８ａ，２８ｂの位置と、第２の水晶板ユニット２７ｂの継ぎ目２８ｃ，２８ｄの位置は異なっている。

本実施の形態では、第２のフライアイレンズ２４を構成する各レンズの光軸方向から見ると、第１の水晶板ユニット２７ａの水晶板の継ぎ目２８ａと、第２の水晶板ユニット２７ｂの水晶板の継ぎ目２８ｃとの間に、隣り合うレンズの境界が位置している。
また同様に、第１の水晶板ユニット２７ａの水晶板の継ぎ目２８ｂと、第２の水晶板ユニット２７ｂの継ぎ目２８ｄとの間に、隣り合うレンズの境界が位置している。

図６は、光源２０，リフレクタ２１，防爆ガラス２２から構成される光源ユニットを平行光に近い光を出射する光源に変更した場合に、偏光変換素子２６の配置位置近傍で観測される光の強度分布を示したものである。光源２０から平行光が出射されると、インテグレータ素子２５における集光率は高くなる。このため、図６に示すように、第２のフライアイレンズ２４を透過した後の各光束の幅は小さくなり、各光束の間には隙間が生じている。

したがって、図５で示したように、第１の水晶板ユニット２７ａの水晶板の継ぎ目と、第２の水晶板ユニット２７ｂの水晶板の継ぎ目において、最も近接する二つの継ぎ目の間に、第２のフライアイレンズ２４におけるレンズの境界を配置させることが好ましい。
これにより、水晶板の継ぎ目は、インテグレータ素子２５を透過した各光束の間に位置することになり、水晶板の継ぎ目への光の入射を回避できる。したがって、水晶板の継ぎ目による光の散乱や反射等が抑制される。

一方、図７は、光源２０から発散光を出射させた場合において、同様に観測される光の強度分布を示している。光源２０から発散光が出射される場合には、第２のフライアイレンズ２４によって結像される光源２０の像には収差が生じる。したがって、図７に示すように、第２のフライアイレンズ２４を透過した各光束の幅は大きくなり、各光束間の隙間は狭くなってしまう。

このような場合には、図８に示すような構成とすることで、水晶板の継ぎ目への光の入射をより効果的に防ぐことが可能である。
図８において、偏光変換素子３０は、入射した光を偏光方向が互いに直交する偏光に分割する偏光分割素子３１と、偏光分割素子３１により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板３２を備えている。
波長板３２は、第１の実施の形態において示した波長板１００、または波長板１１０、または波長板１２０が用いられる。なお、ここでは、波長板１００と同等の構成の波長板を図示している。

波長板３２は、３個の水晶板を同一平面上に継ぎ合わせた第１の水晶板ユニット３２ａと、３個の水晶板を第１の水晶板ユニット３２ａの主面上において継ぎ合わせた第２の水晶板ユニット３２ｂによって構成されている。
また、第１の水晶板ユニット３２ａの継ぎ目３３ａ，３３ｂの位置と、第２の水晶板ユニット２７ｂの継ぎ目３３ｃ，３３ｄの位置は異なっている。

図８に示すように、これらの継ぎ目３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄは、第２のフライアイレンズ２４を構成する隣り合うレンズ同士の境界から、その光軸方向延長上に配置されている。また、図８においては、レンズの光軸は第１の水晶板ユニット３２ａの主面と垂直に交わっている。したがって、継ぎ目３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄから水晶板ユニット３２ａの法線方向に、第２のフライアイレンズ２４の隣り合うレンズの境界が位置している。
図５に示した構成では、第２のフライアイレンズ２４を透過した各光束の隙間に、水晶板の継ぎ目が二つずつ配置される、これに対し、図８に示す構成とすることにより、第２のフライアイレンズを透過した各光束の隙間に、水晶板の継ぎ目が一つずつ配置される。このため、図５に示した構成よりも確実に水晶板の継ぎ目への光の入射を抑制可能である。

３．第３の実施の形態（画像表示装置に用いる例）
上述の照明光学系を用いて、例えばプロジェクタ等の画像表示装置を構成することにより、明るくかつサイズの大きい映像を低コストで提供できる。図９は、第３の実施の形態の画像表示装置４００の構成を示す概略構成図である。

本実施の形態による画像表示装置４００は、偏光を出射する照明光学系４０と、照明光学系４０から出射された光を分光する分光光学系５０と、分光光学系５０によって分光された光をそれぞれ変調する液晶パネル６３，６８，７３を備える。
また、液晶パネル６３，６８，７３によって変調されたそれぞれの光を合成する光合成部８０と、光合成部８０により合成された光を投射する投射レンズ９０を備える。

照明光学系４０には、第２の実施の形態（図４参照）において示した照明光学系３００を用いることができる。例えば、超高圧水銀ランプ等の光源４１から出射された白色光は、リフレクタ４２によって反射され、防爆ガラス４３を透過して出射される。なお、本実施の形態では、照明光学系４０内にＵＶカットフィルタ４４を配設しており、防爆ガラス４３を透過した光から紫外線が除去される。

ＵＶカットフィルタ４４を透過した光は、第１のフライアイレンズ４５及び第２のフライアイレンズ４６によって輝度ムラが低減され、偏光変換素子４７に入射する。偏光変換素子４７には、第１の実施の形態（図２参照）において示した偏光変換素子２００が用いられ、入射した光を例えばＳ偏光に変換する。そしてこのＳ偏光が照明光学系４０から出射される。

照明光学系４０から出射された光は、例えばコンデンサーレンズ４８によってコリメートされ、分光光学系５０に入射する。
分光光学系５０は、例えば照明光学系４０からの白色光のうち青色光を透過し、赤色光及び緑色光を反射するダイクロイックミラー４９を含む。また、分光光学系５０はダイクロイックミラー４９によって反射された光の光路上に配置され、緑色光を反射し、赤色光を透過するダイクロイックミラー５３を含んで構成される。

分光光学系５０に入射した光は、例えばまずダイクロイックミラー４９に入射する。ダイクロイックミラー４９は、青色光を透過せさ、赤色光及び緑色光を反射させる。
ダイクロイックミラー４９を透過した青色光は、ＵＶ吸収フィルタ５１を透過することにより紫外線がカットされる。ＵＶ吸収フィルタ５１を透過した青色光は、ミラー５２によって反射されるとともに、進路を変え、コンデンサーレンズ６１に入射する。

コンデンサーレンズ６１によって集光された青色光は、入射側偏光板６２によって直線偏光に偏光方向が揃えられ、液晶パネル６３に入射する。液晶パネル６３の後段には、検光子として出射側偏光板６４が配設されており、液晶パネル６３を透過した光のうち、所定の偏光方向の光のみを透過させる。

入射側偏光板６２と出射側偏光板６４との偏光面は例えば一致するように配設される。また液晶パネル６３には、例えばツイストネマチック型のものを用いることができる。この場合、例えば液晶パネル６３の各画素には、画像情報に応じた青色光用の信号電圧が印加され、この電圧に応じて、各画素を透過する青色光の偏光方向が回転される。画素毎に偏光方向の異なったこの青色光を出射側偏光板６４に透すことにより、画像情報に対応した強弱を有する青色光が得られる。

出射側偏光板６４を透過した青色光は、例えば光合成部８０の入射面に設けられた１／２波長フィルム６５を透過することによって偏光方向が９０度回転された後、例えば合成プリズム等の光合成部８０に入射する。

また、ダイクロイックミラー４９によって反射された赤色光及び緑色光は、ダイクロイックミラー５３に入射する。ダイクロイックミラー５３は緑色光を反射し、赤色光を透過する。
ダイクロイックミラー５３によって反射された緑色光は、コンデンサーレンズ６６に入射する。

コンデンサーレンズ６６によって集光された緑色光は、入射側偏光板６７によって直線偏光となり、液晶パネル６８に入射する。液晶パネル６８は、画像情報に応じて、各画素を透過する緑色光の偏光方向を回転させる。液晶パネル６８を透過した緑色光が出射側偏光板６９を透過することによって、画像情報に応じた強度分布を有する緑色像光となり、光合成部８０に入射する。

一方、ダイクロイックミラー５３を透過した赤色光は、集光レンズ５４を透過するとミラー５５によって反射される。
ミラー５５によって反射された赤色光の光路上には、バンドパスフィルタ等の波長選択フィルタ５６が配設され、有効な赤色光のみを後段に透過させる。

波長選択フィルタ５６を透過した赤色光は、集光レンズ５７を透過した後、ミラー５８によって反射されて進路を変える。
また、この赤色光は緑色光や青色光に比べてその光路が長いため拡散しやすく、集光レンズ５４、５７により赤色光を収束させている。

ミラー５８によって反射された赤色光は、コンデンサーレンズ７１によって集光された後、入射側偏光板７２に入射する。入射側偏光板７２を透過することにより赤色光は直線偏光となり、液晶パネル７３に入射する。
液晶パネル７３では、画像情報に基づいた電圧信号が各画素に印加される。また、透過する赤色光の偏光方向はその電気信号に応じて回転される。液晶パネル７３を透過した赤色光は出射側偏光板７４に入射し、画像情報に応じた強度分布を有する赤色像光となる。

なお、ここでは、画像情報に応じて光を変調する変調器として透過型の液晶パネルを示したが、反射型液晶パネルや、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）等を用いた他の方式により変調を行ってもよい。

出射側偏光板７４を透過した赤色光は、例えば合成プリズム等の光合成部８０の入射面に設けられた１／２波長フィルム７５によって偏光方向が９０度回転された後、光合成部８０に入射する。

光合成部８０は、ｐ偏光である緑色光を透過し、ｓ偏光である青色光及び赤色光を反射することによって、赤色光と緑色光と青色光とを同一光路上に合成する。そして合成プリズムから出射された合成光は、投射レンズ９０によって、例えばスクリーンに拡大投射される。

このように、本実施の形態の画像表示装置４００には、第２の実施の形態において示した照明光学系３００と同一の照明光学系４０が用いられている。したがって、偏光変換素子４７の波長板は、複数個の水晶板が同一平面上に継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットと、第１の水晶板ユニットの主面上に重ね合わされ、複数個の水晶板が継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットによって構成される。第１の水晶板ユニットの継ぎ目と、第２の水晶板ユニットの継ぎ目の位置は異なっているので、既述のように、この波長板は耐熱性に優れ、かつ低コストで大型化を図れる。

この波長板を照明光学系４０に用いることにより、光源４１を大出力化しても、光の熱による波長板の剥がれが抑制される。また、波長板の大型化を容易に図れることから、広範囲を照射する照明にも対応できる。
したがって、本実施の形態の画像表示装置では、大画面表示を低コストで実現可能である。

以上、波長板、及びこれを用いた偏光変換素子、照明光学系、画像表示装置の実施の形態について説明した。本技術は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本技術の要旨を逸脱しない限りにおいて、考えられる種々の形態を含むものである。

１，１ａ，２，２ａ，２７ａ，２７ｂ，３２ａ，３２ｂ・・・水晶板ユニット、３，４，５，１１，１３，１４，１５・・・水晶板、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ・・・継ぎ目、７，２９，３１・・・偏光分割素子、８・・・プリズム、９ａ・・・ＰＢＳ面、９ｂ・・・反射面、１０・・・遮光板、２０，４１・・・光源、２１，４２・・・リフレクタ、２２，４３・・・防爆ガラス、２３，２４・・・フライアイレンズ、２５・・・インテグレータ素子、２６，３０・・・偏光変換素子、２７，３２，１００，１１０，１２０・・・波長板、４４，５１・・・ＵＶ吸収フィルタ、４８，５４，５７，６１，６６，７１・・・レンズ、４９，５３・・・ダイクロイックミラー、５０・・・分光光学系、５２，５５，５８・・・ミラー、５６・・・波長選択フィルタ、６２，６４，６７，６９，７２，７４・・・偏光板、６３，６８，７３・・・液晶パネル、６５，７５・・・１／２波長フィルム、８０・・・光合成部、９０・・・投射レンズ、２００・・・偏光変換素子、３００・・・照明光学系、４００・・・画像表示装置。

Claims (9)

1. 複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットと、
   複数の水晶板が、その主面を前記第１の水晶板ユニットの主面上に配置して、前記第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットと、
   を備えた
   波長板。
2. 前記第１の水晶板ユニットを構成する前記水晶板は、前記第２の水晶板ユニットを構成する前記水晶板と大きさが異なる請求項１に記載の波長板。
3. 前記第２の水晶板ユニットを構成する複数の前記水晶板は、全て同じ大きさである請求項２に記載の波長板。
4. 前記第１の水晶板ユニットは、前記第１の水晶板ユニットを構成する前記水晶板よりも大きい水晶板と、前記第１の水晶板ユニットを構成する前記水晶板よりも小さい水晶板とが交互に継ぎ合わされている請求項３に記載の波長板。
5. 入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割素子と、
   前記偏光分割素子により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、
   を含み、前記波長板は、複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットと、複数の水晶板が、その主面を前記第１の水晶板ユニットの主面上に配置して、前記第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットと、を備えた
   偏光変換素子。
6. 光源と、
   前記光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子と、
   前記インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置され、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割素子と、前記偏光分割素子により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を含む偏光変換素子と、
   を含み、前記偏光変換素子の前記波長板は、複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットと、複数の水晶板が、その主面を前記第１の水晶板ユニットの主面上に配置して、前記第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットと、を備えた
   照明光学系。
7. 前記インテグレータ素子の光軸方向から見て、前記第１の水晶板ユニット及び前記第２の水晶板ユニットの継ぎ目のうち、互いに最も近接する二つの継ぎ目の間に、前記インテグレータ素子を構成する複数のレンズにおける隣り合うレンズの境界を配置させる請求項６に記載の照明光学系。
8. 前記第１の水晶板ユニット及び前記第２の水晶板ユニットの継ぎ目は、前記インテグレータ素子を構成する複数のレンズにおいて、隣り合うレンズの境界から、その光軸方向延長上に配置される請求項６に記載の照明光学系。
9. 光源と、前記光源から出射された光の照度ムラを軽減するインテグレータ素子と、前記インテグレータ素子を透過した光の光路上に配置され、入射光をｐ偏光とｓ偏光とに分割する偏光分割素子と、前記偏光分割素子により分割された一方の偏光の光路上に配設された波長板と、を含む偏光変換素子と、を含む照明光学系と、
   前記照明光学系から出射された光を分光する分光光学系と、
   前記分光された光をそれぞれ変調する液晶パネルと、
   前記液晶パネルによって変調された光を合成する光合成部と、
   前記光合成部により合成された光を投射するレンズと、
   を含み、前記照明光学系の前記波長板は、複数の水晶板が、その主面を同一平面上に配置して継ぎ合わされた第１の水晶板ユニットと、複数の水晶板が、その主面を前記第１の水晶板ユニットの主面上に配置して、前記第１の水晶板ユニットの継ぎ目位置とは異なる位置で継ぎ合わされた第２の水晶板ユニットと、を備えた
   画像表示装置。