JP2013024971A - Polarization conversion element, lighting device, and projector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization conversion element capable of uniformly exiting light primarily consisting of one polarization component from an exit surface thereof.SOLUTION: A polarization conversion element 40A includes: a light incident surface S 41; a light exit surface S42 having a first area A1 and a second area A2; a polarization separating film 47 obliquely facing the first area A1; a reflection coating 48 for reflecting second polarization light reflected by the polarization separating film 47 towards the second area A2; and a retardation plate 43 that is provided in the first area A1 and converts first polarization light transmitting through the polarization separating film 47 into the second polarization light. The polarization conversion element further includes an optical film 44 for reducing the quantity of light exited from the second area A2 in an area along a boundary of the second area A2 with the first area A1.

Description

本発明は、偏光変換素子、照明装置及びプロジェクターに関するものである。   The present invention relates to a polarization conversion element, an illumination device, and a projector.

液晶プロジェクターは、照明装置から射出される光を、液晶装置で画像情報に応じて変調し、得られた画像を投写レンズによって拡大投写するものである。   The liquid crystal projector modulates the light emitted from the illumination device according to image information by the liquid crystal device, and enlarges and projects the obtained image by the projection lens.

近年、このような液晶プロジェクターとして、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器への搭載を狙った非常に小さいプロジェクター(いわゆる、ピコプロジェクタ)が開発されている。   In recent years, as such a liquid crystal projector, a very small projector (so-called pico projector) aimed at mounting on a mobile device such as a mobile phone or a digital camera has been developed.

ここで、小型サイズのプロジェクターでは、電源回路や光学系の構成を簡素化したり、これらの構成要素を小型化したりすることが必要となる。   Here, in a small-sized projector, it is necessary to simplify the configuration of the power supply circuit and the optical system, or to reduce the size of these components.

このような小型化プロジェクターとして、例えば、固体光源と蛍光体よりなる光源装置と、コリメーターレンズユニットと、偏光変換素子と、光変調装置としての液晶パネルと、投写光学系とを有するものが知られている。   As such a miniaturized projector, for example, a projector having a light source device including a solid light source and a phosphor, a collimator lens unit, a polarization conversion element, a liquid crystal panel as a light modulation device, and a projection optical system is known. It has been.

このプロジェクターでは、光変調装置として単板の液晶パネルを用い、光源と偏光変換素子との間に通常配置されるインテグレーター光学系等の光学部材を省略しているため、サイズの小型化を図ることが可能である(例えば、特許文献1参照)。   In this projector, a single-panel liquid crystal panel is used as the light modulation device, and the optical member such as an integrator optical system that is normally disposed between the light source and the polarization conversion element is omitted, so that the size can be reduced. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2010−66351号公報JP 2010-66351 A

ところで、前述のプロジェクターでは、光源装置、コリメーターレンズユニット及び偏光変換素子が、液晶パネルを照射する照明装置を構成し、コリメーターレンズユニットによって平行化された光源光を、偏光変換素子によって単一の偏光成分からなる光に変換して液晶パネルに照射するようになっている。ここで、光源装置は、完全な点光源ではないため、その射出光をコリメーターレンズユニットによって完全に平行化することができない。すなわち、このコリメーターレンズユニットからの光Lには、照明光軸200axに対して平行に進行する光L1と、照明光軸200axに対して斜め方向に進行する光(斜め光)L2が含まれている。   By the way, in the projector described above, the light source device, the collimator lens unit, and the polarization conversion element constitute an illumination device that irradiates the liquid crystal panel, and the light source light collimated by the collimator lens unit is converted into a single light by the polarization conversion element. The liquid crystal panel is irradiated with the light that is converted into light composed of the polarized light component. Here, since the light source device is not a complete point light source, the emitted light cannot be completely collimated by the collimator lens unit. That is, the light L from the collimator lens unit includes light L1 traveling parallel to the illumination optical axis 200ax and light (oblique light) L2 traveling obliquely with respect to the illumination optical axis 200ax. ing.

このため、従来の偏光変換素子では、コリメーターレンズユニットからの光が直接入射されると、その斜め光の一部が直線偏光に変換されずに偏光変換素子から射出され、これに起因して液晶パネルの光照射面に照度ムラが発生するという問題が生じている。以下、この照度ムラが発生するメカニズムについて図10に示す偏光変換素子を例にして説明する。   For this reason, in the conventional polarization conversion element, when light from the collimator lens unit is directly incident, a part of the oblique light is emitted from the polarization conversion element without being converted into linearly polarized light. There is a problem that unevenness in illuminance occurs on the light irradiation surface of the liquid crystal panel. Hereinafter, the mechanism of occurrence of the illuminance unevenness will be described by taking the polarization conversion element shown in FIG. 10 as an example.

図10は、一般的な偏光変換素子の一例を示す模式図である。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a general polarization conversion element.

図10に示す偏光変換素子200は、図示しないコリメーターレンズユニットから入射する光Lを、S偏光成分からなる光に変換するものである。偏光変換素子200は光学ブロック200Aと光学ブロック200Bとで構成されている。光学ブロック200Aの構成は光学ブロック200Bの構成と同じであり、光学ブロック200Aと光学ブロック200Bはいずれも、偏光分離膜203を備える偏光ビームスプリッタ201と全反射膜204を備える内部全反射プリズム202よりなる。また、光学ブロック200Aと光学ブロック200Bは照明光軸200axに対して対称に配置されている。そこで、以下の説明では光学ブロック200Aについてのみ説明し、光学ブロック200Bに関する説明は省略する。   A polarization conversion element 200 shown in FIG. 10 converts light L incident from a collimator lens unit (not shown) into light composed of an S-polarized component. The polarization conversion element 200 includes an optical block 200A and an optical block 200B. The configuration of the optical block 200A is the same as the configuration of the optical block 200B. Both the optical block 200A and the optical block 200B are composed of the polarization beam splitter 201 including the polarization separation film 203 and the internal total reflection prism 202 including the total reflection film 204. Become. The optical block 200A and the optical block 200B are arranged symmetrically with respect to the illumination optical axis 200ax. Therefore, in the following description, only the optical block 200A will be described, and description regarding the optical block 200B will be omitted.

偏光変換素子200が有する複数の面のうち、コリメーターレンズユニットから射出される光Lが入射する側の面を偏光変換素子200の光入射面S21と呼び、偏光変換素子200が有する複数の面のうち、該偏光変換素子200の光入射面と対向する面を偏光変換素子200の光射出面S22と呼ぶ。   Of the plurality of surfaces of the polarization conversion element 200, the surface on the side on which the light L emitted from the collimator lens unit is incident is referred to as a light incident surface S <b> 21 of the polarization conversion element 200. Among these, a surface facing the light incident surface of the polarization conversion element 200 is referred to as a light exit surface S22 of the polarization conversion element 200.

偏光変換素子200の光射出面S22のうち、偏光ビームスプリッタ201の光射出面に対応する領域を「第1領域B1」と言う。また、偏光変換素子200の光射出面S22のうち、内部全反射プリズム202の光射出面に対応する領域を「第2領域B2」と言う。   Of the light exit surface S22 of the polarization conversion element 200, a region corresponding to the light exit surface of the polarization beam splitter 201 is referred to as a “first region B1”. In addition, the region corresponding to the light exit surface of the internal total reflection prism 202 in the light exit surface S22 of the polarization conversion element 200 is referred to as a “second region B2”.

また、第1領域B1には、P偏光成分をS偏光成分に変換する位相差板206が設けられている。光入射面S21のうち第2領域B2と対向する領域には、全反射膜205が設けられている。光入射面S21のうち全反射膜205が設けられていない領域は、光Lが偏光変換素子200内に導入される導光口B3を構成する。   The first region B1 is provided with a phase difference plate 206 that converts a P-polarized component into an S-polarized component. A total reflection film 205 is provided in a region of the light incident surface S21 that faces the second region B2. A region where the total reflection film 205 is not provided in the light incident surface S <b> 21 constitutes a light guide port B <b> 3 through which the light L is introduced into the polarization conversion element 200.

偏光ビームスプリッタ201の内部の斜面には、光入射面S21の導光口B3から入射したS偏光成分を照明光軸200axに対して直交する方向に反射するとともに、導光口B3から入射したP偏光を透過させる偏光分離膜203が設けられている。また、内部全反射プリズム202の内部の斜面には、偏光分離膜203で反射されたS偏光成分を照明光軸200axと平行な方向に反射する全反射膜204が設けられている。   On the slope inside the polarizing beam splitter 201, the S-polarized component incident from the light guide B3 of the light incident surface S21 is reflected in a direction orthogonal to the illumination optical axis 200ax, and P incident from the light guide B3 is reflected. A polarization separation film 203 that transmits polarized light is provided. Further, a total reflection film 204 that reflects the S-polarized light component reflected by the polarization separation film 203 in a direction parallel to the illumination optical axis 200ax is provided on the inclined surface inside the internal total reflection prism 202.

このような偏光変換素子200では、コリメーターレンズユニットから射出される光Lが、導光口B3から偏光変換素子200の内部に進行し、主として偏光分離膜203に入射する。偏光分離膜203に入射した光のうち、S偏光成分は、偏光分離膜203及び全反射膜204で反射され、その光路が偏光ビームスプリッタ201から内部全反射プリズム202側に平行移動する。そして、このS偏光成分は、S偏光として第2領域B2から射出される。一方、偏光分離膜203に入射した光のうちP偏光成分は、偏光分離膜203を透過する。偏光分離膜203を透過したP偏光成分は、位相差板206を通過することでS偏光成分に変換され、第1領域B1から射出される。したがって、この偏光変換素子200では、導光口B3から偏光分離膜203に入射した光Lは、S偏光成分として第1領域B1と第2領域B2とから射出される。   In such a polarization conversion element 200, the light L emitted from the collimator lens unit travels into the polarization conversion element 200 from the light guide opening B3 and is mainly incident on the polarization separation film 203. Of the light incident on the polarization separation film 203, the S-polarized component is reflected by the polarization separation film 203 and the total reflection film 204, and its optical path is translated from the polarization beam splitter 201 to the internal total reflection prism 202 side. The S-polarized component is emitted from the second region B2 as S-polarized light. On the other hand, the P-polarized component of the light incident on the polarization separation film 203 is transmitted through the polarization separation film 203. The P-polarized component transmitted through the polarization separation film 203 is converted into an S-polarized component by passing through the retardation plate 206, and is emitted from the first region B1. Therefore, in this polarization conversion element 200, the light L incident on the polarization separation film 203 from the light guide port B3 is emitted from the first region B1 and the second region B2 as an S-polarized component.

しかし、コリメーターレンズユニットから入射する光Lには、照明光軸200axに対する斜め方向から入射する斜め光L2が含まれている。斜め光L2は偏光分離膜203に入射せず、導光口B3から第2領域B2へ直接進み、第2領域B2から射出される。   However, the light L incident from the collimator lens unit includes oblique light L2 incident from an oblique direction with respect to the illumination optical axis 200ax. The oblique light L2 does not enter the polarization separation film 203, travels directly from the light guide port B3 to the second region B2, and is emitted from the second region B2.

このように、第2領域B2のうち第2領域B2と第1領域B1との境界付近から射出された斜め光L2は、偏光分離膜203や位相差板206、第2全反射膜204を経ていないためS偏光成分とP偏光成分の双方を含んでおり、また、本来射出されるべき領域とは異なる領域から射出されているため、この領域の射出光量が他の領域に比べて大きくなる。このため、この偏光変換素子200から射出された光を照明光として用いた場合、この非偏光の斜め光L2に起因してライン状の照度ムラが生じてしまう。   Thus, the oblique light L2 emitted from the vicinity of the boundary between the second region B2 and the first region B1 in the second region B2 passes through the polarization separation film 203, the retardation film 206, and the second total reflection film 204. Therefore, both the S-polarized light component and the P-polarized light component are included, and since the light is emitted from a region different from the region that should be emitted, the amount of light emitted from this region is larger than that of other regions. For this reason, when the light emitted from the polarization conversion element 200 is used as illumination light, line-shaped illuminance unevenness occurs due to the non-polarized oblique light L2.

ここで、コリメーターレンズユニットと偏光変換素子200との間に、光の平行度を高める光学部品を配置すれば、このような照度ムラの問題は回避される。しかし、前述のように小型プロジェクターでは、他の光学部品を追加することは極力避けなければならず、プロジェクターの小型化を図りつつ、照度ムラが解消できる構成の開発が求められている。   Here, if an optical component that enhances the parallelism of light is arranged between the collimator lens unit and the polarization conversion element 200, such a problem of uneven illuminance can be avoided. However, as described above, in a small projector, it is necessary to avoid adding other optical components as much as possible, and development of a configuration that can eliminate unevenness in illumination while reducing the size of the projector is required.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、射出光の強度の面内均一性が高い偏光変換素子、及び、強度の面内均一性が高い照明光を照明対象に照射することができる照明装置を提供することを目的とする。また、このような照明装置を備えた、表示品質に優れたプロジェクターを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and irradiates an illumination target with a polarization conversion element having high in-plane uniformity of intensity of emitted light and illumination light having high in-plane uniformity of intensity. An object of the present invention is to provide an illuminating device that can be used. Moreover, it aims at providing the projector excellent in display quality provided with such an illuminating device.

本発明の偏光変換素子は、光入射面と、互いに隣り合う第1領域と第2領域とを有する光射出面と、前記第1領域と斜めに対峙するように配置され、前記光入射面に入射した入射光のうち第2の偏光状態の第2偏光光を前記第1領域に向けて透過させるとともに、前記入射光のうち第1の偏光状態の第1偏光光を反射する偏光分離膜と、前記偏光分離膜で反射した前記第1偏光光を前記第2領域に向けて反射する反射膜と、前記第2領域に設けられ、前記第1偏光光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に変換する位相差板と、前記第2領域の前記第1領域との境界に沿った領域に設けられ、該第2領域から射出される光の光量を低減する光学フィルムと、を備えることを特徴とする。   The polarization conversion element of the present invention is disposed so as to face a light incident surface, a light exit surface having a first region and a second region adjacent to each other, and obliquely opposed to the first region. A polarization separation film that transmits the second polarized light in the second polarization state of the incident light to the first region and reflects the first polarized light in the first polarization state of the incident light; A reflective film that reflects the first polarized light reflected by the polarization separation film toward the second region; and a polarization state of the first polarized light that is provided in the second region. An optical element that is provided in a region along a boundary between the phase difference plate that converts the first polarization state to the second polarization state and the first region of the second region, and that reduces the amount of light emitted from the second region. And a film.

コリメーター光学系から偏光変換素子に入射する光には、照明光軸に対して平行に進行する光と、照明光軸に対して斜め方向に進行する光(斜め光)とが含まれる。
このうちコリメーター光学系からの斜め光の一部は、偏光分離膜を経ずに、第2領域の位相差板(第1領域)との境界付近に光入射面から直接入射する。この境界付近に入射した斜め光は、第1偏光光と第2偏光光とを含むため、このまま射出されると、この境界付近の射出光量が他の領域に比べて大きくなり、照度ムラの原因となる。
The light incident on the polarization conversion element from the collimator optical system includes light traveling in parallel to the illumination optical axis and light traveling in an oblique direction with respect to the illumination optical axis (oblique light).
Among these, a part of the oblique light from the collimator optical system is directly incident from the light incident surface in the vicinity of the boundary with the phase difference plate (first region) in the second region without passing through the polarization separation film. Since the oblique light incident near the boundary includes the first polarized light and the second polarized light, the amount of light emitted near the boundary becomes larger than that in other regions, and causes uneven illumination. It becomes.

これに対して、本発明の偏光変換素子では、第2領域の第1領域との境界に沿った領域に、該第2領域からから射出される光の光量を低減する光学フィルムが設けられている。そのため、第2領域の第1領域との境界付近から射出される斜め光の光量を低減することができる。このため、この境界付近と他の領域との射出光量の差が緩和もしくは解消され、射出光強度の光射出面での面内均一性を高くすることができる。   On the other hand, in the polarization conversion element of the present invention, an optical film that reduces the amount of light emitted from the second region is provided in a region along the boundary between the second region and the first region. Yes. Therefore, the amount of oblique light emitted from the vicinity of the boundary between the second region and the first region can be reduced. For this reason, the difference in the amount of emitted light between the vicinity of this boundary and other regions is reduced or eliminated, and the in-plane uniformity of the emitted light intensity on the light emitting surface can be increased.

本発明の偏光変換素子は、光入射面と、互いに隣り合う第1領域と第2領域とを有する光射出面と、前記第1領域と斜めに対峙するように配置され、前記光入射面に入射した入射光のうち第2の偏光状態の第2偏光光を前記第1領域に向けて透過させるとともに、前記入射光のうち第1の偏光状態の第1偏光光を反射する偏光分離膜と、前記偏光分離膜で反射した前記第1偏光光を前記第2領域に向けて反射する反射膜と、前記第2領域に設けられ、前記第1偏光光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に変換する位相差板と、前記第2領域の前記第1領域との境界に沿った領域に設けられ、該第2領域から射出される光の光量を低減する光学フィルムと、を備えることを特徴とする。   The polarization conversion element of the present invention is disposed so as to face a light incident surface, a light exit surface having a first region and a second region adjacent to each other, and obliquely opposed to the first region. A polarization separation film that transmits the second polarized light in the second polarization state of the incident light to the first region and reflects the first polarized light in the first polarization state of the incident light; A reflective film that reflects the first polarized light reflected by the polarization separation film toward the second region; and a polarization state of the first polarized light that is provided in the second region. An optical element that is provided in a region along a boundary between the phase difference plate that converts the first polarization state to the second polarization state and the first region of the second region, and that reduces the amount of light emitted from the second region. And a film.

コリメーター光学系から偏光変換素子に入射する光には、照明光軸に対して平行に進行する光と、照明光軸に対して斜め方向に進行する光(斜め光)とが含まれる。
このうちコリメーター光学系からの斜め光の一部は、偏光分離膜を経ずに、第2領域の位相差板(第1領域)との境界付近に光入射面から直接入射する。この境界付近に入射した斜め光は、第1偏光光と第2偏光光とを含むため、このまま射出されると、この境界付近の射出光量が他の領域に比べて大きくなり、照度ムラの原因となる。
The light incident on the polarization conversion element from the collimator optical system includes light traveling in parallel to the illumination optical axis and light traveling in an oblique direction with respect to the illumination optical axis (oblique light).
Among these, a part of the oblique light from the collimator optical system is directly incident from the light incident surface in the vicinity of the boundary with the phase difference plate (first region) in the second region without passing through the polarization separation film. Since the oblique light incident near the boundary includes the first polarized light and the second polarized light, the amount of light emitted near the boundary becomes larger than that in other regions, and causes uneven illumination. It becomes.

これに対して、本発明の偏光変換素子では、第2領域の第1領域との境界に沿った領域に、該第2領域から射出される光の光量を低減する光学フィルムが設けられている。そのため、第2領域の第1領域との境界付近から射出される斜め光の光量を低減することができる。このため、この境界付近と他の領域との射出光量の差が緩和もしくは解消され、射出光強度の光射出面での面内均一性を高くすることができる。   On the other hand, in the polarization conversion element of the present invention, an optical film that reduces the amount of light emitted from the second region is provided in a region along the boundary between the second region and the first region. . Therefore, the amount of oblique light emitted from the vicinity of the boundary between the second region and the first region can be reduced. For this reason, the difference in the amount of emitted light between the vicinity of this boundary and other regions is reduced or eliminated, and the in-plane uniformity of the emitted light intensity on the light emitting surface can be increased.

本発明においては、前記光学フィルムは、前記第2偏光光を透過させ、前記第1偏光光を遮蔽する偏光板であることが好ましい。   In the present invention, the optical film is preferably a polarizing plate that transmits the second polarized light and shields the first polarized light.

この構成によれば、第2領域の第1領域との境界付近に入射した斜め光のうち、第2偏光光は偏光板を透過し、第1偏光光は偏光板によって遮蔽される。このため、この境界付近から射出される斜め光の光量を、少なくとも偏光板によって遮蔽される第1偏光光の光量分だけ削減することができる。このため、この境界付近と他の領域との射出光量の差が緩和もしくは解消され、射出光強度の光射出面での面内均一性を高くすることができる。   According to this configuration, of the oblique light incident near the boundary between the second region and the first region, the second polarized light is transmitted through the polarizing plate, and the first polarized light is shielded by the polarizing plate. Therefore, the amount of oblique light emitted from the vicinity of the boundary can be reduced by at least the amount of the first polarized light shielded by the polarizing plate. For this reason, the difference in the amount of emitted light between the vicinity of this boundary and other regions is reduced or eliminated, and the in-plane uniformity of the emitted light intensity on the light emitting surface can be increased.

本発明においては、前記光学フィルムは、前記偏光分離膜における光の反射方向と直交する方向に延在された帯状をなしていることが好ましい。   In this invention, it is preferable that the said optical film has comprised the strip | belt shape extended in the direction orthogonal to the reflection direction of the light in the said polarization separation film.

この構成によれば、光学フィルムの平面形状が、第2領域の第1領域との境界付近に入射する斜め光の入射領域の平面形状と略一致しているため、この境界付近から射出される斜め光の光量を確実に低減することが可能となる。   According to this configuration, since the planar shape of the optical film substantially coincides with the planar shape of the incident region of the oblique light incident near the boundary between the second region and the first region, the optical film is emitted from the vicinity of this boundary. It is possible to reliably reduce the amount of oblique light.

本発明においては、前記光学フィルムの幅は、下記式で示される範囲であることが好ましい。
L・tanθ−0.1≦d≦L・tanθ+0.1
d:光学フィルムの幅(mm)
L:偏光変換素子の厚さ(mm)
θ:前記入射光のうち前記偏光分離膜を経ずに前記光入射面から前記第2領域に入射した光の進行方向と、前記光射出面から射出される光の主光線軸とのなす角度
In the present invention, the width of the optical film is preferably in a range represented by the following formula.
L · tan θ−0.1 ≦ d ≦ L · tan θ + 0.1
d: Width of optical film (mm)
L: Thickness of polarization conversion element (mm)
θ: An angle formed between the traveling direction of light incident on the second region from the light incident surface without passing through the polarization separation film in the incident light and the principal ray axis of light emitted from the light exit surface

この構成によれば、光学フィルムの幅が、第2領域の第1領域との境界付近に入射した斜め光の入射領域の幅と略一致しているため、この境界付近から射出される斜め光の光量を確実に低減することが可能となる。   According to this configuration, since the width of the optical film substantially coincides with the width of the incident region of the oblique light incident near the boundary between the second region and the first region, the oblique light emitted from the vicinity of the boundary. It is possible to reliably reduce the amount of light.

本発明の照明装置は、固体光源装置と、前記固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメーターレンズユニットと、前記コリメーターレンズユニットから射出される光が入射する偏光変換素子とを備える照明装置であって、前記偏光変換素子は、本発明の偏光変換素子であることを特徴とする。   An illumination device according to the present invention includes a solid-state light source device, a collimator lens unit that substantially collimates light emitted from the solid-state light source device, and a polarization conversion element on which light emitted from the collimator lens unit is incident. It is an illumination apparatus provided, Comprising: The said polarization conversion element is a polarization conversion element of this invention, It is characterized by the above-mentioned.

このため、本発明の照明装置によれば、第2偏光光を、照明対象に小さい強度ムラで照射することが可能である。   For this reason, according to the illuminating device of this invention, it is possible to irradiate 2nd polarization | polarized-light light to illumination object with a small intensity | strength nonuniformity.

本発明においては、前記固体光源装置は、発光ダイオードまたは半導体レーザよりなる励起光源と、蛍光体とを有する白色光源であることが好ましい。   In the present invention, the solid-state light source device is preferably a white light source having an excitation light source made of a light emitting diode or a semiconductor laser and a phosphor.

この構成によれば、照明装置の小型化を図ることが可能となる。   According to this configuration, it is possible to reduce the size of the lighting device.

本発明のプロジェクターは、照明装置と、前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系とを備えるプロジェクターであって、前記照明装置は、本発明の照明装置であることを特徴とする。   The projector of the present invention includes an illumination device, a light modulation device that modulates illumination light from the illumination device according to image information, and a projection optical system that projects the modulated light from the light modulation device as a projection image. It is a projector, Comprising: The said illuminating device is an illuminating device of this invention, It is characterized by the above-mentioned.

この構成によれば、照明装置が、一方の偏光成分からなる光を、光変調装置に均一に照射することが可能であるため、明るさのムラが少ない高品質な画像を表示することが可能となる。   According to this configuration, since the illumination device can uniformly irradiate the light modulation device with light composed of one polarization component, it is possible to display a high-quality image with little unevenness in brightness. It becomes.

本発明においては、前記光変調装置は、単板の液晶光変調装置であることが好ましい。   In the present invention, the light modulation device is preferably a single-plate liquid crystal light modulation device.

この構成によれば、プロジェクターの小型化を図ることが可能となる。   According to this configuration, it is possible to reduce the size of the projector.

実施形態1のプロジェクターの光学系を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an optical system of the projector according to the first embodiment. 図1に示すプロジェクターが備える照明装置及び液晶光変調装置の正面図である。It is a front view of the illuminating device and liquid crystal light modulation apparatus with which the projector shown in FIG. 1 is provided. 図1に示すプロジェクターが備える固体光源装置の断面図である。It is sectional drawing of the solid light source device with which the projector shown in FIG. 1 is provided. 図1に示すプロジェクターが備える偏光変換素子(実施形態1の偏光変換素子)の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the polarization conversion element (polarization conversion element of Embodiment 1) with which the projector shown in FIG. 1 is provided. 実施形態1の偏光変換素子の光射出面側から見た平面図である。FIG. 3 is a plan view of the polarization conversion element according to Embodiment 1 viewed from the light exit surface side. 実施形態1の偏光変換素子から射出された光の照明像を示す写真である。3 is a photograph showing an illumination image of light emitted from the polarization conversion element of Embodiment 1. FIG. S透過偏光板を設けていない偏光変換素子から射出された光の照明像を示す写真である。It is a photograph which shows the illumination image of the light inject | emitted from the polarization conversion element which does not provide the S transmissive polarizing plate. 実施形態2の偏光変換素子の模式的な断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a polarization conversion element according to Embodiment 2. FIG. 実施形態2の偏光変換素子の光射出面側から見た平面図である。6 is a plan view of a polarization conversion element according to Embodiment 2 viewed from a light exit surface side. FIG. 一般的な偏光変換素子を示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view showing a general polarization conversion element.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造における縮尺や数等が異なっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment shows one aspect of the present invention, and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Moreover, in the following drawings, in order to make each structure easy to understand, the scale, number, etc. in the actual structure are different.

<実施形態1>
本発明の偏光変換素子、照明装置及びプロジェクターの実施形態1について説明する。
<Embodiment 1>
Embodiment 1 of the polarization conversion element, illumination device, and projector of the present invention will be described.

(プロジェクターの構成)
まず、本実施形態の偏光変換素子及び照明装置が適用されるプロジェクターの一例について説明する。
(Projector configuration)
First, an example of a projector to which the polarization conversion element and the illumination device of the present embodiment are applied will be described.

図1は、実施形態1のプロジェクターの光学系を示す模式図、図2は、図1に示すプロジェクターが備える照明装置及び液晶光変調装置の正面図、図3は、図1に示すプロジェクターが備える固体光源装置の断面図である。   1 is a schematic diagram illustrating an optical system of a projector according to a first embodiment, FIG. 2 is a front view of an illumination device and a liquid crystal light modulation device provided in the projector illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is provided in the projector illustrated in FIG. It is sectional drawing of a solid light source device.

実施形態1に係るプロジェクター1000は、図1に示すように、照明装置100と、液晶光変調装置50と、投写光学系70とを備え、照明装置100が実施形態1の照明装置によって構成されている。   As shown in FIG. 1, the projector 1000 according to the first embodiment includes an illumination device 100, a liquid crystal light modulation device 50, and a projection optical system 70, and the illumination device 100 is configured by the illumination device according to the first embodiment. Yes.

照明装置100は、固体光源装置10と、コリメーターレンズユニット20と、偏光変換素子40Aとを有する。   The illumination device 100 includes a solid light source device 10, a collimator lens unit 20, and a polarization conversion element 40A.

固体光源装置10は、図3に示すように、基台12、固体光源14、蛍光層16及び封止部材18を有するランバート発光タイプの発光ダイオードであり、赤色光、緑色光及び青色光を含む白色光を射出する。このような固体光源装置10を用いることにより、照明装置100及びプロジェクター1000の小型化を図ることができる。なお、固体光源装置10は、上記した構成要素の他にもリード線等を有するが、図示及び説明を省略する。   As shown in FIG. 3, the solid-state light source device 10 is a Lambertian light-emitting diode having a base 12, a solid-state light source 14, a fluorescent layer 16, and a sealing member 18, and includes red light, green light, and blue light. Emits white light. By using such a solid-state light source device 10, the illumination device 100 and the projector 1000 can be reduced in size. The solid-state light source device 10 includes lead wires and the like in addition to the above-described components, but illustration and description thereof are omitted.

コリメーターレンズユニット(コリメーター光学系)20は、図1に示すように、固体光源装置10に近い側に位置する第1レンズ21及び固体光源装置10から遠い側に位置する第2レンズ22を備え、固体光源装置10から射出される光を略平行化するコリメーターレンズユニットである。   As shown in FIG. 1, the collimator lens unit (collimator optical system) 20 includes a first lens 21 located on the side closer to the solid light source device 10 and a second lens 22 located on the side far from the solid light source device 10. A collimator lens unit that substantially parallelizes the light emitted from the solid-state light source device 10.

第1レンズ21は、入射面が平面状、射出面に球面状をなす平凸レンズであり、固体光源装置10からの光の拡がり角を抑える機能を有する。第2レンズ22は、凸レンズからなり、第1レンズ21からの光を平行化する機能を有する。   The first lens 21 is a plano-convex lens in which the incident surface is planar and the exit surface is spherical, and has a function of suppressing the spread angle of light from the solid-state light source device 10. The second lens 22 is a convex lens and has a function of collimating the light from the first lens 21.

ここで、コリメーターレンズユニット20からの光Lには、照明光軸40axに対して平行に進行する光L1と、照明光軸40axに対して斜め方向に進行する光L2が含まれている(図4参照)。以下の説明では、コリメーターレンズユニット20から射出される光Lのうち照明光軸40axに対して斜め方向に進行する光L2を「斜め光L2」と言う。   Here, the light L from the collimator lens unit 20 includes light L1 traveling in parallel to the illumination optical axis 40ax and light L2 traveling in an oblique direction with respect to the illumination optical axis 40ax ( (See FIG. 4). In the following description, light L2 that travels in an oblique direction with respect to the illumination optical axis 40ax out of the light L emitted from the collimator lens unit 20 is referred to as "oblique light L2."

偏光変換素子40Aは、コリメーターレンズユニット20から入射する光を、主としてS偏光成分からなる光に変換するものである。本実施形態では、P偏光は第1の偏光状態であり、S偏光は第2の偏光状態である。また、P偏光成分からなる光は第1偏光光に相当し、S偏光成分からなる光は第2偏光光に相当する。この照明装置100では、実施形態1の偏光変換素子によって構成されている。この構成については、後に詳述する。   The polarization conversion element 40A converts light incident from the collimator lens unit 20 into light mainly composed of S-polarized components. In the present embodiment, P-polarized light is in the first polarization state, and S-polarized light is in the second polarization state. Further, the light composed of the P-polarized component corresponds to the first polarized light, and the light composed of the S-polarized component corresponds to the second polarized light. The illumination device 100 is configured by the polarization conversion element of the first embodiment. This configuration will be described in detail later.

液晶光変調装置50は、偏光変換素子40Aから入射する光を画像情報に応じて変調し、カラー画像を形成するものであり、照明装置100の照明対象となる。図2に示すように、この液晶光変調装置50は、正面から見た平面視において偏光変換素子40Aよりも一回り小さい寸法とされている。   The liquid crystal light modulation device 50 modulates light incident from the polarization conversion element 40A according to image information to form a color image, and is an illumination target of the illumination device 100. As shown in FIG. 2, the liquid crystal light modulation device 50 has a size slightly smaller than the polarization conversion element 40 </ b> A in a plan view viewed from the front.

本実施形態では、この液晶光変調装置50は、反射型CF(カラーフィルタ)方式の単板透過パネルとして構成されている。すなわち、液晶光変調装置50は、一対のガラス基板に、反射型カラーフィルタ、液晶素子等が挟持され、これらガラス基板の外側面に、それぞれ偏光板が接合されて構成されている。このように液晶光変調装置50を単板式とすることにより、色光毎に液晶光変調装置を用いる3板式に比べてプロジェクター1000を小型化することが可能となる。   In the present embodiment, the liquid crystal light modulation device 50 is configured as a reflective CF (color filter) type single plate transmission panel. That is, the liquid crystal light modulation device 50 is configured such that a reflective color filter, a liquid crystal element, and the like are sandwiched between a pair of glass substrates, and polarizing plates are bonded to the outer surfaces of these glass substrates. Thus, by using the liquid crystal light modulation device 50 as a single plate type, it is possible to reduce the size of the projector 1000 compared to a three-plate type using a liquid crystal light modulation device for each color light.

各偏光板は、S偏光成分またはP偏光成分のいずれか一方を透過させるものであり、例えば透過軸が互いに直交する構成(クロスニコル配置)となっている。本実施形態では、入射側の偏光板がS透過偏光板、射出側の偏光板がP透過偏光板によって構成されている。   Each polarizing plate transmits either the S-polarized light component or the P-polarized light component, and has, for example, a configuration in which transmission axes are orthogonal to each other (crossed Nicol arrangement). In the present embodiment, the incident-side polarizing plate is composed of an S-transmissive polarizing plate, and the exit-side polarizing plate is composed of a P-transmissive polarizing plate.

反射型カラーフィルタは、画素毎に設けられたRフィルター、Gフィルター、Bフィルターよりなる。Rフィルター、Gフィルターは、Bフィルターは、それぞれ、赤色光、緑色光、青色光を透過させ、他の色光を反射する。なお、本実施形態では、カラーフィルタは、Bayer配列の色配列構造を有しているが、これに限定されるものではない。   The reflection type color filter includes an R filter, a G filter, and a B filter provided for each pixel. The R filter and the G filter and the B filter transmit red light, green light, and blue light, respectively, and reflect other color lights. In the present embodiment, the color filter has a Bayer arrangement color arrangement structure, but is not limited thereto.

液晶素子は、カラーフィルタとガラス基板の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、ポリシリコンTFTをスイッチング素子とし、与えられた画像情報に応じて、入射した直線偏光の偏光方向を変調する。   The liquid crystal element is a liquid crystal element that is hermetically sealed between a color filter and a glass substrate. A polysilicon TFT is used as a switching element, and the polarization direction of incident linearly polarized light according to given image information. Modulate.

この液晶光変調装置50では、偏光変換装置40Aからの直線偏光(本実施形態ではS偏光成分)が入射側の偏光板を透過する。偏光板を透過した直線偏光はカラーフィルタに入射し、入射したフィルターに応じた色光のみがフィルターを透過する。フィルターを透過した色光は、液晶素子を通過することによって、その偏光方向が画像情報に応じて変調され、偏光方向が変調された色光(本実施形態ではP偏光成分の色光)が出射側の偏光板から射出する。したがって、液晶光変調装置50では、偏光変換素子40Aからの直線偏光が照射されることによって、その射出側に画像情報に応じたカラー画像が形成される。   In the liquid crystal light modulation device 50, the linearly polarized light (S-polarized light component in the present embodiment) from the polarization conversion device 40A is transmitted through the incident-side polarizing plate. The linearly polarized light that has passed through the polarizing plate enters the color filter, and only the color light corresponding to the incident filter passes through the filter. The color light transmitted through the filter passes through the liquid crystal element, and its polarization direction is modulated in accordance with image information, and the color light whose polarization direction is modulated (in this embodiment, the color light of the P polarization component) is polarized on the emission side. Inject from the board. Therefore, in the liquid crystal light modulation device 50, a color image corresponding to image information is formed on the emission side by irradiating the linearly polarized light from the polarization conversion element 40A.

そして、液晶光変調装置50で形成されたカラー画像は、投写光学系70によって拡大投写され、スクリーン上で画像を形成する。   The color image formed by the liquid crystal light modulation device 50 is enlarged and projected by the projection optical system 70 to form an image on the screen.

(偏光変換素子の構成)
次に、実施形態1の偏光変換素子について説明する。
(Configuration of polarization conversion element)
Next, the polarization conversion element of Embodiment 1 will be described.

図4は、図1に示すプロジェクターが備える偏光変換素子(実施形態1の偏光変換素子)の模式的な断面図である。図5は、偏光変換素子の光射出面側から見た平面図である。なお、以下の説明では、図4中の左右方向を「横方向」、上下方向を「縦方向」と言う。左右方向は、照明光軸40axに沿って入射したS偏光が偏光分離膜47で反射される方向である。上下方向は、照明光軸40axと平行な方向である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the polarization conversion element (the polarization conversion element of the first embodiment) included in the projector shown in FIG. FIG. 5 is a plan view seen from the light exit surface side of the polarization conversion element. In the following description, the horizontal direction in FIG. 4 is referred to as “lateral direction”, and the vertical direction is referred to as “vertical direction”. The left-right direction is a direction in which the S-polarized light incident along the illumination optical axis 40ax is reflected by the polarization separation film 47. The vertical direction is a direction parallel to the illumination optical axis 40ax.

偏光変換素子40Aは、コリメーターレンズユニット20から入射する光Lを、主としてS偏光成分からなる光に変換するものである。偏光変換素子40Aは、図4に示すように、第1光学ブロック41A及び第2光学ブロック41Bよりなる光学ブロック41と、第1全反射膜42と、位相差板43と、S透過偏光板(光学フィルム)44とを有している。第1光学ブロック41Aの構成は第2光学ブロック41Bの構成と同じであり、第1光学ブロック41Aと第2光学ブロック41Bはいずれも、偏光ビームスプリッタ45と内部全反射プリズム46よりなる。また、第1光学ブロック41Aと第2光学ブロック41Bは照明光軸40axに対して対称に配置されている。そこで、以下の説明では、主に第1光学ブロック41Aについて説明する。   The polarization conversion element 40A converts the light L incident from the collimator lens unit 20 into light mainly composed of S-polarized components. As shown in FIG. 4, the polarization conversion element 40A includes an optical block 41 including a first optical block 41A and a second optical block 41B, a first total reflection film 42, a phase difference plate 43, an S transmission polarizing plate ( Optical film) 44. The configuration of the first optical block 41A is the same as that of the second optical block 41B, and each of the first optical block 41A and the second optical block 41B includes a polarizing beam splitter 45 and an internal total reflection prism 46. The first optical block 41A and the second optical block 41B are arranged symmetrically with respect to the illumination optical axis 40ax. Therefore, in the following description, the first optical block 41A will be mainly described.

第1光学ブロック41Aは、偏光ビームスプリッタ45と内部全反射プリズム46とを有している。   The first optical block 41A has a polarization beam splitter 45 and an internal total reflection prism 46.

偏光ビームスプリッタ45は、斜面同士を対向させて接合した一対の直角プリズム45a、45aよりなり、接合された斜面同士の間に偏光分離膜47が設けられている。偏光分離膜47は、S偏光成分を照明光軸40axと直交する方向に反射し、P偏光成分を透過させる被膜である。   The polarization beam splitter 45 includes a pair of right-angle prisms 45a and 45a joined with the inclined surfaces facing each other, and a polarization separation film 47 is provided between the joined inclined surfaces. The polarization separation film 47 is a film that reflects the S-polarized component in a direction orthogonal to the illumination optical axis 40ax and transmits the P-polarized component.

一方、内部全反射プリズム46は、斜面同士を対向させて接合した一対の直角プリズム46a、46aよりなり、接合された斜面同士の間に、第2全反射膜(反射膜)48が設けられている。第2全反射膜48は、S偏光成分とP偏光成分を反射する被膜であり、本実施形態では、偏光分離膜47で反射されたS偏光成分を照明光軸40axと平行な方向に反射する。   On the other hand, the internal total reflection prism 46 is composed of a pair of right-angle prisms 46a and 46a joined with their slopes facing each other, and a second total reflection film (reflection film) 48 is provided between the joined slopes. Yes. The second total reflection film 48 is a film that reflects the S-polarized component and the P-polarized component. In this embodiment, the S-polarized component reflected by the polarization separation film 47 is reflected in a direction parallel to the illumination optical axis 40ax. .

第1光学ブロック41Aは、偏光分離膜47の面が第2全反射膜48の面と略平行となるように、偏光ビームスプリッタ45が内部全反射プリズム46と接合されて構成されている。また、光学ブロック41は、第1光学ブロック41Aの偏光分離膜47の面が第2光学ブロック41Bの偏光分離膜47の面と略90°の角度をなすように、第1光学ブロック41Aが第2光学ブロック41Bに接合されることで構成されている。この光学ブロック41では、各偏光ビームスプリッタ45と各内部全反射プリズム46とが、内部全反射プリズム46、偏光ビームスプリッタ45、偏光ビームスプリッタ45、内部全反射プリズム46の順で横方向に配列されている。   The first optical block 41A is configured such that the polarization beam splitter 45 is joined to the internal total reflection prism 46 so that the surface of the polarization separation film 47 is substantially parallel to the surface of the second total reflection film 48. The optical block 41 includes the first optical block 41A in the first optical block 41A so that the surface of the polarization separation film 47 of the first optical block 41A forms an angle of approximately 90 ° with the surface of the polarization separation film 47 of the second optical block 41B. It is comprised by joining to 2 optical block 41B. In this optical block 41, each polarization beam splitter 45 and each internal total reflection prism 46 are arranged in the horizontal direction in the order of the internal total reflection prism 46, the polarization beam splitter 45, the polarization beam splitter 45, and the internal total reflection prism 46. ing.

以上のような光学ブロック41が有する複数の面のうち、各偏光ビームスプリッタ45の斜面同士が接する側の面が、コリメーターレンズユニット20からの光Lが入射する光入射面S41を構成する。また、光学ブロック41の光入射面S41のうち、後述する第1全反射膜42が形成されていない領域は、光Lが偏光変換素子40A内に導入される導光口A3を構成する。一方、光学ブロック41が有する複数の面のうち光入射面S41と対向する面は、S偏光成分からなる光を射出させる光射出面S42を構成する。   Of the plurality of surfaces of the optical block 41 as described above, the surface on the side where the inclined surfaces of the polarization beam splitters 45 are in contact constitutes the light incident surface S41 on which the light L from the collimator lens unit 20 is incident. Moreover, the area | region in which the 1st total reflection film 42 mentioned later among the light-incidence surfaces S41 of the optical block 41 is not formed comprises light guide opening A3 into which the light L is introduce | transduced in the polarization conversion element 40A. On the other hand, the surface facing the light incident surface S41 among the plurality of surfaces of the optical block 41 constitutes a light emitting surface S42 for emitting light composed of S-polarized components.

なお、以下の説明では、光射出面S42のうち、偏光ビームスプリッタ45の光射出面に対応する領域を「第1領域A1」と言う。言い換えれば、第1領域A1は、照明光軸40axと平行な方向から光射出面S42を見たときに、光射出面S42のうち偏光分離膜47と平面視で重なる領域である。また、光射出面S42のうち、内部全反射プリズム46の光射出面に対応する領域を「第2領域A2」と言う。言い換えれば、第2領域A2は、照明光軸40axと平行な方向から光射出面S42を見たときに、光射出面S42のうち第2全反射膜48と平面視で重なる領域である。   In the following description, a region corresponding to the light exit surface of the polarization beam splitter 45 in the light exit surface S42 is referred to as “first region A1”. In other words, the first region A1 is a region that overlaps the polarization separation film 47 in plan view in the light exit surface S42 when the light exit surface S42 is viewed from a direction parallel to the illumination optical axis 40ax. In addition, a region corresponding to the light exit surface of the internal total reflection prism 46 in the light exit surface S42 is referred to as a “second region A2”. In other words, the second region A2 is a region that overlaps the second total reflection film 48 in plan view in the light exit surface S42 when the light exit surface S42 is viewed from a direction parallel to the illumination optical axis 40ax.

偏光分離膜47は、第1領域A1および導光口A3に対して約45°の角度をなすように、斜めに対峙している。   The polarization separation film 47 is opposed to the first region A1 and the light guide opening A3 so as to form an angle of about 45 °.

次に、光学ブロック41の光入射面S41及び光射出面S42に設けられた各部について説明する。   Next, each part provided in the light incident surface S41 and the light exit surface S42 of the optical block 41 will be described.

照明光軸40axと平行な方向から光入射面S41を見たときに、光入射面S41のうち内部全反射プリズム46と平面視で重なる領域には、第1全反射膜42が設けられている。第1全反射膜42は、コリメーターレンズユニット20から入射する光(S偏光成分及びP偏光成分の双方)を、照明光軸40axと略平行な方向に反射する被膜である。   When the light incident surface S41 is viewed from a direction parallel to the illumination optical axis 40ax, a first total reflection film 42 is provided in a region of the light incident surface S41 that overlaps the internal total reflection prism 46 in plan view. . The first total reflection film 42 is a film that reflects light (both S-polarized component and P-polarized component) incident from the collimator lens unit 20 in a direction substantially parallel to the illumination optical axis 40ax.

照明光軸40axと平行な方向から光射出面S42を見たときに、光射出面S42のうち偏光ビームスプリッタ45と平面視で重なる領域には、位相差板43が設けられている。この位相差板43は、λ/2板よりなり、偏光分離膜47を透過したP偏光成分を、その偏光方向を90°回転させてS偏光成分に変換する機能を有する。以上が第1光学ブロック41Aの基本的な構成であるが、第2光学ブロック41Bの基本的な構成も上記と同様である。また、以上が偏光変換素子40Aの基本的な構成である。   When the light exit surface S42 is viewed from a direction parallel to the illumination optical axis 40ax, a phase difference plate 43 is provided in a region of the light exit surface S42 that overlaps with the polarization beam splitter 45 in plan view. The retardation plate 43 is a λ / 2 plate and has a function of converting the P-polarized light component transmitted through the polarization separation film 47 into an S-polarized light component by rotating the polarization direction by 90 °. The above is the basic configuration of the first optical block 41A, but the basic configuration of the second optical block 41B is the same as described above. The above is the basic configuration of the polarization conversion element 40A.

本実施形態の偏光変換素子40Aでは、特に、図5に示したように、第2領域A2の第1領域A1との境界に沿った領域に、S透過偏光板44が設けられている。S透過偏光板44は、S偏光成分を透過させ、P偏光成分を遮蔽する帯状の偏光板である。S透過偏光板44はその延在方向が、偏光分離膜47でのS偏光成分の反射方向と直交する方向(縦方向)と略一致するように位相差板43と隣り合うように設けられている。   In the polarization conversion element 40A of the present embodiment, in particular, as shown in FIG. 5, the S transmission polarizing plate 44 is provided in a region along the boundary between the second region A2 and the first region A1. The S transmissive polarizing plate 44 is a band-shaped polarizing plate that transmits the S polarized component and shields the P polarized component. The S transmission polarizing plate 44 is provided so as to be adjacent to the phase difference plate 43 so that the extending direction thereof substantially coincides with a direction (vertical direction) orthogonal to the reflection direction of the S polarization component in the polarization separation film 47. Yes.

このように構成された偏光変換素子40Aでは、コリメーターレンズユニット20からの光Lが、光入射面から入射する。ここで、コリメーターレンズユニットからの光Lには、前述のように照明光軸40xと平行な方向に進行する光L1と、照明光軸40axに対して斜め方向に進行する斜め光L2とが含まれている。以下の説明においても、主に第1光学ブロック41Aの作用について説明する。第2光学ブロック41Bの作用は第1光学ブロック41Aの作用と同様であるため、説明は省略する。   In the polarization conversion element 40A configured as described above, the light L from the collimator lens unit 20 enters from the light incident surface. Here, the light L from the collimator lens unit includes the light L1 traveling in the direction parallel to the illumination optical axis 40x and the oblique light L2 traveling in the oblique direction with respect to the illumination optical axis 40ax as described above. include. Also in the following description, the operation of the first optical block 41A will be mainly described. Since the operation of the second optical block 41B is the same as that of the first optical block 41A, description thereof is omitted.

コリメーターレンズユニット20からの光のうち第1全反射膜42に入射した光は、第1全反射膜42で照明光軸40axと平行な方向に反射され、コリメーターレンズユニット20の第2レンズ22に入射する。第1全反射膜42から第2レンズ22に入射した光は、第2レンズ22及び第1レンズ21によって集光され、固体光源装置10に入射する。固体光源装置10に入射した光は、該固体光源装置10で反射され、偏光変換素子40Aに導入する光として再利用される。したがって、この照明装置100では、固体光源装置10から射出される光を、効率良く利用することが可能である。   Of the light from the collimator lens unit 20, the light incident on the first total reflection film 42 is reflected by the first total reflection film 42 in a direction parallel to the illumination optical axis 40 ax, and the second lens of the collimator lens unit 20. 22 is incident. The light that has entered the second lens 22 from the first total reflection film 42 is collected by the second lens 22 and the first lens 21 and enters the solid-state light source device 10. The light incident on the solid light source device 10 is reflected by the solid light source device 10 and reused as light introduced into the polarization conversion element 40A. Therefore, in this illuminating device 100, it is possible to use efficiently the light emitted from the solid light source device 10.

また、コリメーターレンズユニット20からの光のうち導光口A3に入射した光Lは、偏光ビームスプリッタ45内に進行し、偏光分離膜47に入射する。偏光分離膜47に入射した光のうち、S偏光成分は、偏光分離膜47で照明光軸40axと直交する方向に反射されて第2全反射膜48に入射する。そして、第2全反射膜48に入射したS偏光成分は、第2全反射膜48で照明光軸40axと平行な方向に反射される。これにより、導光口A3から入射したS偏光成分は、その光路が偏光ビームスプリッタ45から内部全反射プリズム46側に平行移動し、S偏光として光射出面の第2領域A2から射出される。また、偏光分離膜47に入射した光のうち、P偏光成分は、偏光分離膜47を透過する。偏光分離膜47を透過したP偏光成分は、位相差板43に入射してS偏光成分に変換され、光射出面の第1領域A1から射出される。したがって、この偏光変換素子40Aの導光口A3から偏光分離膜47に入射した光は、S偏光成分として第1領域A1と第2領域A2とから射出され、液晶光変調装置50の照射面に照射される。   Further, the light L incident on the light guide opening A <b> 3 out of the light from the collimator lens unit 20 travels into the polarization beam splitter 45 and enters the polarization separation film 47. Of the light incident on the polarization separation film 47, the S-polarized component is reflected by the polarization separation film 47 in the direction orthogonal to the illumination optical axis 40 ax and enters the second total reflection film 48. The S-polarized component incident on the second total reflection film 48 is reflected by the second total reflection film 48 in a direction parallel to the illumination optical axis 40ax. As a result, the S-polarized component incident from the light guide opening A3 moves in parallel from the polarization beam splitter 45 toward the internal total reflection prism 46, and is emitted from the second region A2 on the light exit surface as S-polarized light. Of the light incident on the polarization separation film 47, the P-polarized component is transmitted through the polarization separation film 47. The P-polarized component transmitted through the polarization separation film 47 enters the phase difference plate 43, is converted into an S-polarized component, and is emitted from the first region A1 on the light exit surface. Therefore, the light incident on the polarization separation film 47 from the light guide opening A3 of the polarization conversion element 40A is emitted from the first area A1 and the second area A2 as the S-polarized component, and is incident on the irradiation surface of the liquid crystal light modulation device 50. Irradiated.

一方、光入射面の導光口A3に、照明光軸axに対する斜め方向から入射した斜め光L2の一部は、本来の光路からずれているため、偏光分離膜47に入射せず、導光口A3から第2領域A2の位相差板43との境界付近に直接入射する。ここで、この境界付近に入射した斜め光は、偏光分離膜47や位相差板43、第2全反射膜48を経ていないためS偏光成分とP偏光成分の双方を含んでおり、また、本来射出されるべき領域とは異なる領域に入射している。このため、このまま射出されると、この境界付近の射出光量が他の領域に比べて大きくなり、照度ムラの原因となる。   On the other hand, a part of the oblique light L2 incident on the light guide opening A3 on the light incident surface from an oblique direction with respect to the illumination optical axis ax is shifted from the original optical path, and therefore does not enter the polarization separation film 47 and is guided. The light enters directly from the mouth A3 near the boundary with the phase difference plate 43 in the second region A2. Here, the oblique light incident near the boundary includes both the S-polarized component and the P-polarized component because it does not pass through the polarization separation film 47, the phase difference plate 43, and the second total reflection film 48. It is incident on an area different from the area to be emitted. For this reason, if the light is emitted as it is, the amount of light emitted near this boundary becomes larger than that in other regions, which causes illuminance unevenness.

これに対して、本実施形態の偏光変換素子40Aでは、第2領域A2の第1領域A1との境界に沿った領域に、S透過偏光板44が設けられている。S透過偏光板44は、第1領域A1に設けられた位相差板43と隣り合うように設けられている。そのため、第2領域A2の位相差板43との境界付近に入射した斜め光L2のうち、S偏光成分はS透過偏光板44を透過して射出されるが、P偏光成分はS透過偏光板44で遮蔽される。このため、この境界付近からP偏光成分が射出されるのが抑止され、この境界付近と他の領域との射出光量の差が緩和もしくは解消される。これにより、偏光変換素子40Aは、射出光強度の光射出面S42での面内均一性を高くすることができる   On the other hand, in the polarization conversion element 40A of the present embodiment, the S transmission polarizing plate 44 is provided in a region along the boundary between the second region A2 and the first region A1. The S transmission polarizing plate 44 is provided so as to be adjacent to the phase difference plate 43 provided in the first region A1. Therefore, in the oblique light L2 incident near the boundary with the phase difference plate 43 in the second region A2, the S polarization component is transmitted through the S transmission polarizer 44, but the P polarization component is emitted from the S transmission polarizer 44. 44 is shielded. For this reason, it is suppressed that the P-polarized light component is emitted from the vicinity of the boundary, and the difference in the amount of emitted light between the vicinity of the boundary and other regions is reduced or eliminated. As a result, the polarization conversion element 40A can increase the in-plane uniformity at the light exit surface S42 of the exit light intensity.

ここで、S透過偏光板44の透過率はS偏光に対して必ずしも100%ではなく、一部のS偏光はS透過偏光板44に吸収される。S透過偏光板44には、本来のルートを経由したS偏光、すなわち、偏光分離膜47で反射され、第2全反射膜48で反射されたS偏光も入射する。しかし、本実施形態の偏光変換素子40Aでは、第2領域A2の全面ではなく第2領域A2のうち斜め光L2が入射する領域にS透過偏光板44を設けているため、本来のルートを経由して、S透過偏光板44が設けられていない領域から射出されるS偏光はS透過偏光板44に吸収されることはない。   Here, the transmittance of the S transmission polarizing plate 44 is not necessarily 100% with respect to the S polarization, and a part of the S polarization is absorbed by the S transmission polarization plate 44. S-polarized light passing through the original route, that is, S-polarized light reflected by the polarization separation film 47 and reflected by the second total reflection film 48 also enters the S-transmissive polarizing plate 44. However, in the polarization conversion element 40A of the present embodiment, since the S transmission polarizing plate 44 is provided not in the entire surface of the second region A2 but in the region where the oblique light L2 is incident in the second region A2, the original route is used. Thus, the S polarized light emitted from the region where the S transmissive polarizing plate 44 is not provided is not absorbed by the S transmissive polarizing plate 44.

一方、S透過偏光板44には、斜め光L2と本来のルートを経由したS偏光とが入射する。S透過偏光板44は斜め光L2の一部(S偏光)を透過させるが、本来のルートを経由したS偏光の一部を吸収する。そのため、第2領域A2のうちS透過偏光板44からの射出光量と第2領域A2のうちS透過偏光板44が設けられていない領域からの射出光量との差を、第2領域A2の全面にS透過偏光板44を設けた場合よりも小さくすることができる。これにより、偏光変換素子40Aは、射出光強度の光射出面S42での面内均一性をさらに高くすることができる。   On the other hand, the oblique light L2 and S-polarized light that has passed through the original route are incident on the S-transmissive polarizing plate 44. The S transmission polarizing plate 44 transmits a part (S-polarized light) of the oblique light L2, but absorbs a part of the S-polarized light via the original route. Therefore, the difference between the amount of light emitted from the S transmissive polarizing plate 44 in the second region A2 and the amount of light emitted from the region of the second region A2 where the S transmissive polarizing plate 44 is not provided is represented by the entire surface of the second region A2. It can be made smaller than when the S transmissive polarizing plate 44 is provided. Thereby, the polarization conversion element 40A can further increase the in-plane uniformity at the light exit surface S42 of the exit light intensity.

図6は、実施形態1の偏光変換素子40Aから射出された光の照明像であり、図7は、S透過偏光板が設けられていない偏光変換素子から射出された光の照明像である。各図から、実施形態1の偏光変換素子40Aでは、S透過偏光板44が設けられていることにより、ムラの少ない良好な照明像が得られることを確認することができる。   FIG. 6 is an illumination image of light emitted from the polarization conversion element 40A of Embodiment 1, and FIG. 7 is an illumination image of light emitted from a polarization conversion element not provided with the S transmission polarizing plate. From each figure, in the polarization conversion element 40A of Embodiment 1, it can be confirmed that a good illumination image with little unevenness can be obtained by providing the S transmission polarizing plate 44.

ここで、S透過偏光板44は、P偏光成分を反射する反射型のS透過偏光板であっても良く、P偏光成分を吸収する吸収型のS透過偏光板であっても良い。このうち反射型のS透過偏光板を用いると、反射されたP偏光成分が固体光源装置10に戻って固体光源装置10で反射され、偏光変換素子40Aに導入する光として再利用できるという効果が得られる。   Here, the S transmissive polarizing plate 44 may be a reflective S transmissive polarizing plate that reflects the P-polarized component, or an absorbing S transmissive polarizing plate that absorbs the P-polarized component. Of these, the use of a reflective S-transmission polarizing plate has the effect that the reflected P-polarized component returns to the solid-state light source device 10 and is reflected by the solid-state light source device 10 and can be reused as light to be introduced into the polarization conversion element 40A. can get.

また、S透過偏光板44の幅は、下記式で示される範囲であるのが好ましい。
L・tanθ−0.1≦d≦L・tanθ+0.1
d:S透過偏光板44の幅(mm)
L:偏光変換素子の厚さ(照明光軸40ax方向での長さ)(mm)
θ:第2領域A2に入射する斜め光L2の進行方向と、照明光軸40axとのなす角。
Moreover, it is preferable that the width | variety of the S transmissive polarizing plate 44 is the range shown by a following formula.
L · tan θ−0.1 ≦ d ≦ L · tan θ + 0.1
d: Width (mm) of the S transmission polarizing plate 44
L: Thickness of the polarization conversion element (length in the direction of the illumination optical axis 40ax) (mm)
θ: an angle formed by the traveling direction of the oblique light L2 incident on the second region A2 and the illumination optical axis 40ax.

なお、正確には、Lは光入射面S41と光射出面S42との距離である。また、照明光軸40axは光射出面S42から射出される光の主光線軸に相当する。具体的には、dは0.2〜0.4mm程度である。   To be precise, L is the distance between the light incident surface S41 and the light exit surface S42. The illumination optical axis 40ax corresponds to the principal ray axis of the light emitted from the light exit surface S42. Specifically, d is about 0.2 to 0.4 mm.

前記式においてL・tanθは、偏光分離膜47を経ずに第2領域A2に入射する斜め光の第2領域A2における入射領域の幅に対応している。θは、コリメーターレンズユニット20から射出される光の拡散角である。拡散角は、例えば、横軸を照明光軸40aとのなす角度とし、縦軸を当該角度で射出された光の光量としときに、光の光量がピーク光量の50%まで減少するときの角度として算出される。   In the above equation, L · tan θ corresponds to the width of the incident region in the second region A2 of the oblique light incident on the second region A2 without passing through the polarization separation film 47. θ is a diffusion angle of light emitted from the collimator lens unit 20. The diffusion angle is, for example, an angle when the light amount decreases to 50% of the peak light amount when the horizontal axis is the angle formed by the illumination optical axis 40a and the vertical axis is the amount of light emitted at that angle. Is calculated as

したがって、S透過偏光板44の幅が前記範囲より狭い場合には、第2領域A2に入射した斜め光L2の一部が、S透過偏光板44に入射せずに、そのまま第2領域A2から射出され、照度ムラの原因になる可能性がある。また、S透過偏光板44の幅が前記範囲より広い場合には、S透過偏光板44のうち斜め光L2が入射する領域よりも外側の領域に、本来のルートを経由するS偏光成分が入射することになる。そうすると、S透過偏光板44のS偏光成分の透過率は100%ではないため、斜め光が入射する領域より外側でS偏光成分がS透過偏光板44に入射することによって、この領域の射出光量が他の領域の射出光量より小さくなる。その結果、光照射面の、この領域に対応する部分が暗くなる可能性がある。   Therefore, when the width of the S transmissive polarizing plate 44 is narrower than the above range, a part of the oblique light L2 incident on the second region A2 does not enter the S transmissive polarizing plate 44 and remains as it is from the second region A2. It may be emitted and cause uneven illumination. Further, when the width of the S transmission polarizing plate 44 is wider than the above range, the S polarization component passing through the original route is incident on a region outside the region where the oblique light L2 is incident in the S transmission polarizing plate 44. Will do. Then, since the transmittance of the S-polarized light component of the S-transparent polarizing plate 44 is not 100%, when the S-polarized light component enters the S-transmissive polarizing plate 44 outside the region where the oblique light is incident, Becomes smaller than the amount of light emitted from other regions. As a result, there is a possibility that the portion corresponding to this region on the light irradiation surface becomes dark.

S透過偏光板44のS偏光成分の透過率は、85~95%であるのが好ましい。このようにS透過偏光板44のS偏光成分の透過率が100%よりも低いことにより、S透過偏光板44から射出されるS偏光成分の光量を、これに入射する斜め光L2のS偏光成分に相当する光量、もしくは、その少なくとも一部に相当する光量だけ低減することができる。これにより、斜め光L2が入射する領域と他の領域との射出光量差を、より緩和若しくは解消することが可能となる。但し、S偏光成分の透過率が85%より低い場合には、S透過偏光板44から射出されるS偏光成分の光量が少なくなり過ぎ、光照射面の、この領域に対応する部分が暗くなる可能性がある。   The transmittance of the S polarization component of the S transmission polarizing plate 44 is preferably 85 to 95%. As described above, since the transmittance of the S polarization component of the S transmission polarizer 44 is lower than 100%, the amount of the S polarization component emitted from the S transmission polarizer 44 is changed to the S polarization of the oblique light L2 incident thereon. The amount of light corresponding to the component, or the amount of light corresponding to at least a part thereof can be reduced. As a result, the difference in the amount of emitted light between the region where the oblique light L2 is incident and the other region can be further reduced or eliminated. However, when the transmittance of the S-polarized component is lower than 85%, the amount of the S-polarized component emitted from the S-transmissive polarizing plate 44 becomes too small, and the portion corresponding to this region on the light irradiation surface becomes dark. there is a possibility.

以上のように、この偏光変換素子40Aでは、光射出面S42における第2領域A2の第1領域A1との境界付近にS透過偏光板44が設けられていることにより、S偏光成分の射出光強度の光射出面S42での面内均一性を高くすることができる。   As described above, in this polarization conversion element 40A, the S-transmission polarizing plate 44 is provided in the vicinity of the boundary between the second region A2 and the first region A1 on the light exit surface S42. The in-plane uniformity at the strong light exit surface S42 can be increased.

したがって、このような偏光変換素子40Aを備える実施形態1の照明装置100は、照明対象となる液晶光変調装置50の光照射面をS偏光成分で均一に照射することが可能となる。   Therefore, the illuminating device 100 of Embodiment 1 including such a polarization conversion element 40A can uniformly irradiate the light irradiation surface of the liquid crystal light modulation device 50 to be illuminated with the S-polarized component.

また、このような照明装置100を備える実施形態1のプロジェクター1000は、明るさのムラのない高品質な画像を表示することが可能となる。   In addition, the projector 1000 according to the first embodiment including the illumination device 100 can display a high-quality image without uneven brightness.

<実施形態2>
次に、本発明の偏光変換素子、照明装置及びプロジェクターの実施形態2について説明する。
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the polarization conversion element, illumination device, and projector of the present invention will be described.

なお、実施形態2においては、前記実施形態1との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。以下の説明では、主に第1光学ブロック41Aについて説明する。   In the second embodiment, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted. In the following description, the first optical block 41A will be mainly described.

実施形態2の照明装置は、偏光変換素子の構成が異なる以外は、前記実施形態1と同様の構成とされている。本実施形態においては実施形態1とは異なり、S偏光は第1の偏光状態であり、P偏光は第2の偏光状態である。また、S偏光成分からなる光は第1偏光光に相当し、P偏光成分からなる光は第2偏光光に相当する。実施形態2のプロジェクターは、照明装置が備える偏光変換素子の構成が異なることと、液晶光変調装置の入射側偏光板がP透過偏光板、射出側偏光板がS透過偏光板であること以外は、実施形態1と同様の構成とされている。   The illumination device of Embodiment 2 has the same configuration as that of Embodiment 1 except that the configuration of the polarization conversion element is different. In this embodiment, unlike the first embodiment, S-polarized light is in the first polarization state, and P-polarized light is in the second polarization state. Further, the light composed of the S-polarized component corresponds to the first polarized light, and the light composed of the P-polarized component corresponds to the second polarized light. The projector according to the second embodiment is different from the configuration of the polarization conversion element included in the illumination device, except that the incident side polarizing plate of the liquid crystal light modulation device is a P transmission polarizing plate and the emission side polarizing plate is an S transmission polarizing plate. The configuration is the same as that of the first embodiment.

以下、偏光変換素子(実施形態2の偏光変換素子)の構成について説明する。   Hereinafter, the configuration of the polarization conversion element (polarization conversion element of Embodiment 2) will be described.

図8は、実施形態2の偏光変換素子の模式的な断面図である。図9は、偏光変換素子の光射出面側から見た平面図である。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the polarization conversion element of the second embodiment. FIG. 9 is a plan view seen from the light exit surface side of the polarization conversion element.

この偏光変換素子40Bは、コリメーターレンズユニット20から入射する光を、主としてP偏光成分からなる光に変換するものである。偏光変換素子40Bは、光学ブロック41と、光学ブロック41の表面に設けられた第1全反射膜42と、位相差板(λ/2板)43と、光学フィルムとしてのNDフィルム(Neutral Density Filter)49とを有している。なお、NDフィルム49の代わりに、P透過偏光板を配置してもよい。   The polarization conversion element 40B converts light incident from the collimator lens unit 20 into light mainly composed of a P-polarized component. The polarization conversion element 40B includes an optical block 41, a first total reflection film 42 provided on the surface of the optical block 41, a retardation plate (λ / 2 plate) 43, and an ND film (Neutral Density Filter as an optical film). 49). In place of the ND film 49, a P transmission polarizing plate may be disposed.

光学ブロック41及び光学ブロック41の入射面に設けられた第1全反射膜42の構成は、前記実施形態1と同様である。   The configurations of the optical block 41 and the first total reflection film 42 provided on the incident surface of the optical block 41 are the same as those in the first embodiment.

照明光軸40axと平行な方向から光射出面S42を見たときに、光射出面S42のうち内部全反射プリズム46と平面視で重なる領域には、位相差板43が設けられている。位相差板43は、偏光分離膜47及び第2全反射膜48で反射されたS偏光成分を、その偏光方向を90°回転させてP偏光成分に変換する機能を有する。   A phase difference plate 43 is provided in a region of the light exit surface S42 that overlaps the internal total reflection prism 46 in plan view when the light exit surface S42 is viewed from a direction parallel to the illumination optical axis 40ax. The phase difference plate 43 has a function of converting the S polarization component reflected by the polarization separation film 47 and the second total reflection film 48 into a P polarization component by rotating the polarization direction by 90 °.

NDフィルター49は、図9に示したように、第2領域A2の第1領域A1との境界に沿った領域に設けられている。NDフィルター49は、該NDフィルター49を通過する光の光量を低減する帯状の光学フィルムであり、その延在方向が、偏光分離膜47でのS偏光成分の反射方向と直交する方向(縦方向)と一致するように第1領域A1と隣り合うように設けられている。   As shown in FIG. 9, the ND filter 49 is provided in a region along the boundary between the second region A2 and the first region A1. The ND filter 49 is a belt-like optical film that reduces the amount of light passing through the ND filter 49, and the extending direction of the ND filter 49 is perpendicular to the reflection direction of the S-polarized light component on the polarization separation film 47 (vertical direction). ) So as to be adjacent to the first region A1.

このように構成された偏光変換素子40では、コリメーターレンズユニット20からの光Lが、入射面から入射する。ここで、コリメーターレンズユニット20からの光Lには、前述のように照明光軸40axと平行な方向に進行する光L1と、照明光軸40axに対して斜め方向に進行する斜め光L2とが混在している。以下の説明においても、主に第1光学ブロック41Aの作用について説明する。第2光学ブロック41Bの作用は第1光学ブロック41Aの作用と同様であるため、説明は省略する。   In the polarization conversion element 40 configured as described above, the light L from the collimator lens unit 20 is incident from the incident surface. Here, the light L from the collimator lens unit 20 includes the light L1 traveling in a direction parallel to the illumination optical axis 40ax and the oblique light L2 traveling in an oblique direction with respect to the illumination optical axis 40ax as described above. Are mixed. Also in the following description, the operation of the first optical block 41A will be mainly described. Since the operation of the second optical block 41B is the same as that of the first optical block 41A, description thereof is omitted.

コリメーターレンズユニット20からの光のうち第1全反射膜42に入射した光Lは、前記実施形態1と同様の経路で固体光源装置に戻り、固体光源装置10から反射されて偏光変換素子40Bに導入する光として再利用される。   Of the light from the collimator lens unit 20, the light L incident on the first total reflection film 42 returns to the solid light source device through the same path as in the first embodiment, is reflected from the solid light source device 10, and is converted into the polarization conversion element 40 </ b> B. Reused as light to be introduced into.

また、コリメーターレンズユニット20からの光のうち導光口A3に入射した光Lは、偏光ビームスプリッタ45内に進行し、偏光分離膜47に入射する。偏光分離膜47に入射した光のうち、S偏光成分は、偏光分離膜47及び第2全反射膜48で反射されることによって、その光路が偏光ビームスプリッタ45から内部全反射プリズム46側に平行移動する。そして、内部全反射プリズム46側に移動したS偏光成分は、位相差板43に入射してP偏光成分に変換され、光射出面の第2領域A2から射出される。また、偏光分離膜47に入射した光のうち、P偏光成分は、偏光分離膜47を透過する。偏光分離膜47を透過したP偏光成分は、光射出面の第1領域A1からP偏光として射出される。したがって、この偏光変換素子40Bの偏光分離膜47に入射した光は、P偏光成分として第1領域A1と第2領域A2とから射出され、液晶光変調装置50の照射面に照射される。   Further, the light L incident on the light guide opening A <b> 3 out of the light from the collimator lens unit 20 travels into the polarization beam splitter 45 and enters the polarization separation film 47. Of the light incident on the polarization separation film 47, the S-polarized component is reflected by the polarization separation film 47 and the second total reflection film 48, so that the optical path is parallel to the internal total reflection prism 46 side from the polarization beam splitter 45. Moving. Then, the S-polarized component moved to the internal total reflection prism 46 side is incident on the phase difference plate 43, converted into a P-polarized component, and emitted from the second region A2 on the light exit surface. Of the light incident on the polarization separation film 47, the P-polarized component is transmitted through the polarization separation film 47. The P-polarized component transmitted through the polarization separation film 47 is emitted as P-polarized light from the first region A1 on the light exit surface. Accordingly, the light incident on the polarization separation film 47 of the polarization conversion element 40B is emitted from the first region A1 and the second region A2 as a P-polarized component, and is irradiated on the irradiation surface of the liquid crystal light modulation device 50.

一方、光入射面の導光口A3に、照明光軸40axに対する斜め方向から入射した斜め光L2の一部は、本来の光路からずれているため、偏光分離膜47に入射せず、導光口A3から第2領域A2の第1領域A1との境界付近に直接入射する。ここで、この境界付近に入射した斜め光は、前述のようにP偏光成分とS偏光成分を含んでおり、また、本来射出されるべき領域とは異なる領域に入射しているため、このまま射出されると、この境界付近の射出光量が他の領域に比べて大きくなり、照度ムラの原因となる。   On the other hand, a portion of the oblique light L2 that is incident on the light guide opening A3 on the light incident surface from an oblique direction with respect to the illumination optical axis 40ax is not incident on the polarization separation film 47 because it is deviated from the original optical path. The light directly enters the vicinity of the boundary between the second region A2 and the first region A1 from the mouth A3. Here, the oblique light incident near the boundary includes the P-polarized component and the S-polarized component as described above, and is incident on a region different from the region to be originally emitted. If this is done, the amount of light emitted in the vicinity of this boundary will be larger than in other areas, causing unevenness in illuminance.

これに対して、本実施形態の偏光変換素子40Bでは、第2領域A2の第1領域A1との境界に沿った領域に、NDフィルター49が設けられている。NDフィルター49は、第1領域A1と隣り合うように設けられている。そのため、第2領域A2の第1領域A1との境界付近に入射した斜め光L2がNDフィルター49を通過し、その際、その光量が低減する。このため、この境界付近と他の領域との射出光量の差が緩和もしくは解消される。これにより、偏光変換素子40Bは、射出光強度の光射出面S42での面内均一性を高くすることができる   On the other hand, in the polarization conversion element 40B of the present embodiment, the ND filter 49 is provided in a region along the boundary between the second region A2 and the first region A1. The ND filter 49 is provided adjacent to the first region A1. Therefore, the oblique light L2 incident near the boundary between the second region A2 and the first region A1 passes through the ND filter 49, and at that time, the amount of light is reduced. For this reason, the difference in the amount of emitted light between the vicinity of the boundary and other regions is reduced or eliminated. As a result, the polarization conversion element 40B can increase the in-plane uniformity at the light exit surface S42 of the exit light intensity.

NDフィルター49の幅の適正範囲は、前記実施形態1におけるS透過偏光膜の場合と同様である。   The appropriate range of the width of the ND filter 49 is the same as that of the S-transmission polarizing film in the first embodiment.

この実施形態2においても前記実施形態1と同様の効果を得ることが可能である。   In the second embodiment, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.

<変形例>
実施形態2では、NDフィルム49を用いたが、NDフィルム49の代わりにP透過偏光板を用いてもよい。本変形例による偏光変換素子と実施形態2による偏光変換素子40Bとの違いは、NDフィルム49の代わりにP透過偏光板を用いることだけであるので、共通の事項についての説明は省略する。
<Modification>
In the second embodiment, the ND film 49 is used. However, a P transmission polarizing plate may be used instead of the ND film 49. Since the only difference between the polarization conversion element according to the present modification and the polarization conversion element 40B according to the second embodiment is to use a P-transmission polarizing plate instead of the ND film 49, description of common matters is omitted.

P透過偏光板は、位相差板の内部全反射プリズム46とは反対側に設けられる。導光口A3から入射した光Lのうち斜め光L2の一部(P偏光)はP透過偏光板を透過するが、本来のルートを経由したP偏光、すなわち、偏光分離膜47で反射され、第2全反射膜48で反射され、さらに、位相差板43で偏光方向を変換されたP偏光の一部が吸収されるため、P透過偏光板からの射出光量は大きく増加することはない。本変形例による偏光変換素子でも、射出光強度の光射出面S42での面内均一性を高くすることができる。   The P transmission polarizing plate is provided on the side opposite to the internal total reflection prism 46 of the retardation plate. A part of the oblique light L2 (P-polarized light) out of the light L incident from the light guide opening A3 is transmitted through the P-transmissive polarizing plate, but is reflected by the P-polarized light passing through the original route, that is, the polarization separation film 47, Since a part of the P-polarized light that is reflected by the second total reflection film 48 and whose polarization direction is converted by the phase difference plate 43 is absorbed, the amount of light emitted from the P-transmissive polarizing plate does not increase greatly. Even in the polarization conversion element according to this modification, the in-plane uniformity of the light exit surface at the light exit surface S42 can be increased.

ここで、P透過偏光板の透過率はP偏光に対して必ずしも100%ではなく、一部のP偏光はP透過偏光板に吸収される。P透過偏光板を用いた場合には、斜め光L2のうち、位相差板43を透過した後のS偏光はP透過偏光板に遮蔽される。P透過偏光板には、本来のルートを経由したP偏光も入射する。しかし、本変形例の偏光変換素子では、第2領域A2の全面ではなく第2領域A2のうち斜め光L2が入射する領域にP透過偏光板を設けているため、本来のルートを経由して、P透過偏光板が設けられていない領域から射出されるP偏光はP透過偏光板に吸収されることはない。   Here, the transmittance of the P transmissive polarizing plate is not necessarily 100% with respect to the P polarized light, and a part of the P polarized light is absorbed by the P transmissive polarizing plate. When the P transmission polarizing plate is used, the S polarized light after passing through the retardation plate 43 in the oblique light L2 is shielded by the P transmission polarizing plate. P-polarized light that has passed through the original route also enters the P-transmissive polarizing plate. However, in the polarization conversion element of the present modification, the P transmission polarizing plate is provided not in the entire area of the second area A2 but in the area where the oblique light L2 is incident in the second area A2, and therefore, via the original route. The P-polarized light emitted from the region where the P-transmissive polarizing plate is not provided is not absorbed by the P-transmissive polarizing plate.

一方、P透過偏光板には、斜め光L2と本来のルートを経由したP偏光とが入射する。P透過偏光板は斜め光L2の一部(P偏光)を透過させるが、本来のルートを経由したP偏光の一部を吸収する。そのため、第2領域A2のうちP透過偏光板からの射出光量と第2領域A2のうちP透過偏光板が設けられていない領域からの射出光量との差を、第2領域A2の全面にP透過偏光板を設けた場合よりも小さくすることができる。これにより、本変形例による偏光変換素子は、射出光強度の光射出面S42での面内均一性をさらに高くすることができる。   On the other hand, the oblique light L2 and the P-polarized light passing through the original route are incident on the P-transmissive polarizing plate. The P-transmissive polarizing plate transmits a part of the oblique light L2 (P-polarized light), but absorbs a part of the P-polarized light passing through the original route. Therefore, the difference between the amount of light emitted from the P transmissive polarizing plate in the second region A2 and the amount of light emitted from the region of the second region A2 where the P transmissive polarizing plate is not provided is expressed on the entire surface of the second region A2. It can be made smaller than when a transmissive polarizing plate is provided. As a result, the polarization conversion element according to the present modification can further increase the in-plane uniformity of the emission light intensity at the light exit surface S42.

以上、本発明を実施形態1、実施形態2および変形例に基づいて説明したが、本発明は前記の構成に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、さらに次のような変形も可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on Embodiment 1, Embodiment 2, and a modification, this invention is not limited to the said structure. The present invention can be carried out in various modes without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are possible.

(1)前記各実施形態においては、光学フィルムはこれに限るものではなく、例えば前記実施形態1において、S透過偏光板の代わりにNDフィルムを用いるようにしても良い。 (1) In each said embodiment, an optical film is not restricted to this, For example, in said Embodiment 1, you may make it use a ND film instead of a S transmissive polarizing plate.

(2)前記各実施形態の偏光変換素子においては、それぞれ、S偏光成分とP偏光成分とが逆の関係であっても良い。すなわち、前記実施形態1では、P偏光を第1の偏光状態としているがS偏光を第1の偏光状態としてもよい。この場合、光学フィルムとして偏光板を用いるならば、P透過偏光板を用いる。前記実施形態2では、S偏光を第1の偏光状態としているがP偏光を第1の偏光状態としてもよい。この場合、光学フィルムとして偏光板を用いるならば、S透過偏光板を用いる。 (2) In the polarization conversion elements of the above embodiments, the S-polarized component and the P-polarized component may be reversed. That is, in the first embodiment, the P-polarized light is in the first polarization state, but the S-polarized light may be in the first polarization state. In this case, if a polarizing plate is used as the optical film, a P transmission polarizing plate is used. In the second embodiment, the S-polarized light is in the first polarization state, but the P-polarized light may be in the first polarization state. In this case, if a polarizing plate is used as the optical film, an S transmissive polarizing plate is used.

(3)前記実施形態1では、S透過偏光板44が位相差板43と隣り合うように設けられているが、S透過偏光板44が位相差板43とが互いに部分的に重なっていてもよい。 (3) In the first embodiment, the S transmissive polarizing plate 44 is provided so as to be adjacent to the retardation plate 43, but the S transmissive polarizing plate 44 may partially overlap the retardation plate 43. Good.

(4)本発明は、投写画像を観察する側から投写するフロント投写型プロジェクターに適用する場合にも、投写画像を観察する側とは反対の側から投写するリア投写型プロジェクターに適用する場合にも可能である。 (4) The present invention is applied to a rear projection projector that projects from a side opposite to the side that observes the projected image, even when applied to a front projection projector that projects from the side that observes the projected image. Is also possible.

(5)前記各実施形態においては、本発明の照明装置をプロジェクターに適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の照明装置を他の光学機器(例えば、光ディスク装置、自動車のヘッドランプ、各種照明器具等。)に適用することもできる。 (5) In each of the above embodiments, the example in which the illumination device of the present invention is applied to a projector has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the lighting device of the present invention can also be applied to other optical devices (for example, optical disk devices, automobile headlamps, various lighting fixtures, etc.).

10…固体光源装置、20…コリメーター光学ユニット(コリメーター光学系)、40A、40B…偏光変換素子、43…位相差板、44…S透過偏光板(光学フィルム)、47…偏光分離膜、48…第2全反射膜(反射膜)、49…NDフィルター(光学フィルム)、50…液晶光変調装置、70…投写光学系、100…照明装置、1000…プロジェクター、A1…第1領域、A2…第2領域、S41…光入射面、S42…光射出面、 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Solid light source device, 20 ... Collimator optical unit (collimator optical system), 40A, 40B ... Polarization conversion element, 43 ... Phase difference plate, 44 ... S transmission polarizing plate (optical film), 47 ... Polarization separation film, 48: second total reflection film (reflection film), 49: ND filter (optical film), 50: liquid crystal light modulation device, 70: projection optical system, 100: illumination device, 1000: projector, A1: first region, A2 ... second region, S41 ... light incident surface, S42 ... light exit surface,

Claims (9)

光入射面と、
互いに隣り合う第1領域と第2領域とを有する光射出面と、
前記第1領域と斜めに対峙するように配置され、前記光入射面に入射した入射光のうち第1の偏光状態の第1偏光光を前記第1領域に向けて透過させるとともに、前記入射光のうち第2の偏光状態の第2偏光光を反射する偏光分離膜と、
前記偏光分離膜で反射した前記第2偏光光を前記第2領域に向けて反射する反射膜と、
前記第1領域に設けられ、前記第1偏光光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に変換する位相差板と、
前記第2領域の前記第1領域との境界に沿った領域に設けられ、該第2領域から射出される光の光量を低減する光学フィルムと、を備えることを特徴とする偏光変換素子。
A light incident surface;
A light exit surface having a first region and a second region adjacent to each other;
The first polarized light of the first polarization state of the incident light incident on the light incident surface is transmitted toward the first region, and is disposed so as to face the first region obliquely. A polarization separation film that reflects the second polarized light in the second polarization state,
A reflective film that reflects the second polarized light reflected by the polarization separation film toward the second region;
A retardation plate provided in the first region and converting the polarization state of the first polarized light from the first polarization state to the second polarization state;
An optical film that is provided in a region along the boundary between the second region and the first region, and that reduces the amount of light emitted from the second region.
光入射面と、
互いに隣り合う第1領域と第2領域とを有する光射出面と、
前記第1領域と斜めに対峙するように配置され、前記光入射面に入射した入射光のうち第2の偏光状態の第2偏光光を前記第1領域に向けて透過させるとともに、前記入射光のうち第1の偏光状態の第1偏光光を反射する偏光分離膜と、
前記偏光分離膜で反射した前記第1偏光光を前記第2領域に向けて反射する反射膜と、
前記第2領域に設けられ、前記第1偏光光の偏光状態を前記第1の偏光状態から前記第2の偏光状態に変換する位相差板と、
前記第2領域の前記第1領域との境界に沿った領域に設けられ、該第2領域から射出される光の光量を低減する光学フィルムと、を備えることを特徴とする偏光変換素子。
A light incident surface;
A light exit surface having a first region and a second region adjacent to each other;
The second polarized light in the second polarization state is transmitted toward the first region and is incident on the light incident surface. A polarization separation film that reflects the first polarized light in the first polarization state,
A reflective film that reflects the first polarized light reflected by the polarization separation film toward the second region;
A retardation plate provided in the second region and converting the polarization state of the first polarized light from the first polarization state to the second polarization state;
An optical film that is provided in a region along the boundary between the second region and the first region, and that reduces the amount of light emitted from the second region.
前記光学フィルムは、前記第2偏光光を透過させ、前記第1偏光光を遮蔽する偏光板であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の偏光変換素子。   The polarization conversion element according to claim 1, wherein the optical film is a polarizing plate that transmits the second polarized light and shields the first polarized light. 前記光学フィルムは、前記偏光分離膜における光の反射方向と直交する方向に延在された帯状をなしていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の偏光変換素子。   4. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the optical film has a strip shape extending in a direction orthogonal to a light reflection direction in the polarization separation film. 5. 前記光学フィルムの幅は、下記式で示される範囲であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の偏光変換素子。
L・tanθ−0.1≦d≦L・tanθ+0.1
d:光学フィルムの幅(mm)
L:偏光変換素子の厚さ(mm)
θ:前記入射光のうち前記偏光分離膜を経ずに前記光入射面から前記第2領域に入射した光の進行方向と、前記光射出面から射出される光の主光線軸とのなす角度
5. The polarization conversion element according to claim 1, wherein the width of the optical film is in a range represented by the following formula.
L · tan θ−0.1 ≦ d ≦ L · tan θ + 0.1
d: Width of optical film (mm)
L: Thickness of polarization conversion element (mm)
θ: an angle formed between the traveling direction of light incident on the second region from the light incident surface without passing through the polarization separation film in the incident light and the principal ray axis of light emitted from the light exit surface
前記固体光源装置から射出される光を略平行化するコリメーターレンズユニットと、
前記コリメーターレンズユニットから射出される光が入射する偏光変換素子と、
を備える照明装置であって、
前記偏光変換素子は、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の偏光変換素子であることを特徴とする照明装置。
A collimator lens unit that substantially collimates the light emitted from the solid-state light source device;
A polarization conversion element on which light emitted from the collimator lens unit is incident;
A lighting device comprising:
The said polarization conversion element is a polarization conversion element in any one of Claims 1-5, The illuminating device characterized by the above-mentioned.
前記固体光源装置は、発光ダイオードまたは半導体レーザよりなる励起光源と、蛍光体とを有する白色光源であることを特徴とする請求項6に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 6, wherein the solid-state light source device is a white light source having an excitation light source made of a light emitting diode or a semiconductor laser and a phosphor. 照明装置と、
前記照明装置からの照明光を画像情報に応じて変調する光変調装置と、
前記光変調装置からの変調光を投写画像として投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクターであって、
前記照明装置は、請求項6又は請求項7に記載の照明装置であることを特徴とするプロジェクター。
A lighting device;
A light modulation device that modulates illumination light from the illumination device according to image information;
A projection optical system that projects modulated light from the light modulation device as a projection image;
A projector comprising:
The projector according to claim 6 or 7, wherein the lighting device is the lighting device according to claim 6 or 7.
前記光変調装置は、単板の液晶光変調装置であることを特徴とする請求項8に記載のプロジェクター。   The projector according to claim 8, wherein the light modulation device is a single-plate liquid crystal light modulation device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2016189871A1 (en) * 2015-05-28 2016-12-01 デクセリアルズ株式会社 Light source unit and projection device

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