JP2013190549A - 偏光変換素子、照明装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】照度ムラを抑制することが可能な偏光変換素子を提供する。
【解決手段】偏光変換素子４０は、光入射面Ｓ４１と、互いに隣り合う第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とを有する光射出面Ｓ４２と、第１領域Ａ１と斜めに対峙するように配置され、光入射面Ｓ４２に入射した入射光Ｌのうち第１の偏光状態の第１偏光光を第１領域Ａ１に向けて透過させるとともに、入射光Ｌ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４７と、偏光分離膜４７で反射した第２偏光光を第２領域Ａ２に向けて反射する反射膜４８と、第１領域Ａ１から射出された光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜４３と、第１偏光光と第２偏光光のうち一方の偏光光の偏光状態を他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板４４と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、偏光変換素子、照明装置およびプロジェクターに関するものである。

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。

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。

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。

このような小型化プロジェクターとして、例えば、固体光源装置とコリメーター光学系と偏光変換素子よりなる照明装置と、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。

このプロジェクターでは、光変調装置として１枚の液晶パネルを用い、さらに、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。

ところで、液晶プロジェクターでは、偏光変換素子として、コリメーター光学系からの光を、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分に分離し、さらに、たとえばＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換するようにしたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような偏光変換素子の一例を、図６に示す。

図６に示す偏光変換素子５００は、図示しないコリメーター光学系から入射する光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５００は第１光学ブロック５００Ａと第２光学ブロック５００Ｂとで構成されている。第１光学ブロック５００Ａの構成は第２光学ブロック５００Ｂの構成と同じである。第１光学ブロック５００Ａと第２光学ブロック５００Ｂはいずれも、偏光分離膜５０３を備える偏光ビームスプリッタ５０１と全反射膜５０４を備える内部全反射プリズム５０２よりなる。また、第１光学ブロック５００Ａと第２光学ブロック５００Ｂは照明光軸５００ａｘに対して対称に配置されている。そこで、以下の説明では第１光学ブロック５００Ａについてのみ説明し、第２光学ブロック５００Ｂに関する説明は省略する。

偏光変換素子５００が有する複数の面のうち、コリメーター光学系から射出される光Ｌが入射する側の面を偏光変換素子５００の光入射面Ｓ２１と呼ぶ。この光入射面Ｓ２１のうち、偏光ビームスプリッタ５０１の光入射面に対応する領域は、光Ｌが偏光変換素子５００内に導入される導光口Ｂ３を構成する。

また、偏光変換素子５００が有する複数の面のうち、該偏光変換素子５００の光入射面と対向する面を偏光変換素子５００の光射出面Ｓ２２と呼ぶ。偏光変換素子５００の光射出面Ｓ２２のうち、偏光ビームスプリッタ５０１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５００の光射出面Ｓ２２のうち、内部全反射プリズム５０２の光射出面に対応する領域を「第２領域Ｂ２」と言う。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５０６が設けられている。

偏光ビームスプリッタ５０１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５００ａｘ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５０３が設けられている。また、内部全反射プリズム５０２の内部の斜面には、偏光分離膜５０３で反射されたＳ偏光成分を照明光軸５００ａｘと平行な方向に反射する全反射膜５０４が設けられている。

このような偏光変換素子５００では、コリメーター光学系から射出される光Ｌが、導光口Ｂ３から偏光変換素子５００の内部に進行し、主として偏光分離膜５０３に入射する。偏光分離膜５０３に入射した光のうち、偏光分離膜５０３に対するＳ偏光成分は、偏光分離膜５０３及び全反射膜５０４で反射され、その光路が偏光ビームスプリッタ５０１から内部全反射プリズム５０２側に平行移動する。そして、このＳ偏光成分は、照明光Ｌ２として第２領域Ｂ２から射出される。一方、偏光分離膜５０３に入射した光のうち、偏光分離膜５０３に対するＰ偏光成分は、偏光分離膜５０３を透過する。偏光分離膜５０３を透過したＰ偏光成分は、位相差板５０６を通過することでＳ偏光成分に変換され、第１領域Ｂ１から照明光Ｌ１として射出される。

特開２０１０−７２１３７号公報

しかしながら、コリメーター光学系から射出される光を偏光変換素子５００に入射させる構成では、次のような問題がある。

すなわち、第１領域Ｂ１から射出される照明光Ｌ１は、偏光分離膜５０３および位相差板５０６を通過しつつ直進的に進行してきた光であるが、第２領域Ｂ２から射出される照明光Ｌ２は、偏光分離膜５０３から全反射膜５０４への反射経路を経た光である。したがって、第２領域Ｂ２から射出される照明光Ｌ２の光路長は、第１領域Ｂ１からの照明光Ｌ１が経た光路長に、この反射経路に対応した光路長が加わったものとなる。このため、通常行われる設計仕様に基づいて、偏光分離膜におけるＰ偏光の透過率を偏光分離膜におけるＳ偏光の反射率と概ね等しく設計すると、照明の法則に従って、第２領域Ｂ２から射出される照明光Ｌ２の強度は、第１領域Ｂ１から射出される照明光Ｌ１の強度よりも小さくなる。そのため、照明光Ｌ１によって照射される照射領域の明るさが照明光Ｌ２によって照射される照射領域の明るさよりも暗くなる、という照度ムラが生じてしまうという問題がある。

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、照度ムラを抑制することが可能な偏光変換素子、照明装置およびプロジェクターを提供することを目的とする。

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領域から射出された光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜と、前記第１偏光光と前記第２偏光光のうち一方の偏光光の偏光状態を他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板と、を備えている。

この構成によれば、第２領域から射出された光の光路上に半透過反射膜を配置して第２領域から射出される光の光量を低減しているため、通常行われる設計仕様に基づいて、偏光分離膜における第１偏光光の透過率を偏光分離膜における第２偏光光の反射率と概ね等しく設計した場合であっても、第２の領域から偏光変換素子の外部に射出される光の明るさを第１の領域から偏光変換素子の外部に射出される光の明るさに近づけることができる。つまり、光路長が相対的に長い第２偏光光により照明される領域の明るさを光路長が相対的に短い第１偏光光により照明される領域の明るさに近づけることができる。そのため、照射領域全体で概ね均一な明るさが実現される。

本発明の照明装置は、光源と、前記光源から射出された光を略平行化するコリメーター光学系と、前記コリメーター光学系から射出された光が入射する偏光変換素子と、を備え、前記偏光変換素子は、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領域から射出された光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜と、前記第１偏光光と前記第２偏光光のうち一方の偏光光の偏光状態を他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板と、を備えている。

この構成によれば、第２領域から射出された光の光路上に半透過反射膜を配置して第２領域から射出される光の光量を低減しているため、通常行われる設計仕様に基づいて、偏光分離膜における第１偏光光の透過率を偏光分離膜における第２偏光光の反射率と概ね等しく設計した場合であっても、第２の領域から偏光変換素子の外部に射出される光の明るさを第１の領域から偏光変換素子の外部に射出される光の明るさに近づけることができる。つまり、光路長が相対的に長い第２偏光光により照明される領域の明るさを光路長が相対的に短い第１偏光光により照明される領域の明るさに近づけることができる。そのため、照射領域全体で概ね均一な明るさが実現される。

前記偏光変換素子と前記コリメーター光学系との間の光路上に、前記偏光変換素子に入射する光を拡散させる光拡散手段を備えていてもよい。

この構成によれば、照射領域に偏光変換素子の表示影（偏光分離膜の端縁に対応した線状の影など）が出ることを抑制することができる。

前記光拡散手段は、前記偏光分離膜による前記第２偏光光の反射方向と平行な方向に光を拡散させ、前記偏光分離膜による前記第２偏光光の反射方向と直交する方向には光を拡散させないものとしてもよい。

この構成によれば、全方向に光を拡散する場合と比較して照明装置の光量をさほど落とさずに、前記表示影による照度ムラを低減することが可能となる。

本発明のプロジェクターは、本発明の照明装置と、前記照明装置から射出された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、を備えている。

この構成によれば、照度ムラを抑制することが可能なプロジェクターを提供することができる。

実施形態１のプロジェクターの光学系を示す平面図および側面図である。 実施形態の１の偏光変換素子の平面図である。 実施形態２の照明装置の平面図および側面図である。 実施形態３の照明装置の平面図である。 実施形態４の照明装置の平面図である。 一般的な偏光変換素子の平面図である。

［実施形態１］
図１（ａ）は、実施形態１のプロジェクター１０００の平面図である。図１（ｂ）は実施形態１のプロジェクター１０００の側面図である。なお、図１において、白色発光ダイオード２０から液晶光変調装置２００までの間に表示する矢印は、光の流れをおおまかに例示するものである。また、光学系や各光学要素を説明する図面においては、互いに直交する３つの方向をそれぞれｚ軸方向（図１（ａ）における照明装置１００の光軸（照明光軸）１００ａｘ方向）、ｘ軸方向（図１（ａ）における紙面に平行かつｚ軸に垂直な方向）及びｙ軸方向（図１（ａ）における紙面に垂直かつｚ軸に垂直な方向）として表示する。後述する複数の偏光変換部が１次元的に配列された方向をｘ軸方向とする。

プロジェクター１０００は、照明装置１００と、液晶光変調装置２００と、投写光学系３００とを備える。プロジェクター１０００は、赤色光、緑色光及び青色光を用いてフルカラー画像を投写する。また、プロジェクター１０００は、光変調装置として透過型の光変調装置である液晶光変調装置２００を１つ備える単板式プロジェクターである。

照明装置１００は、光源装置１０と、偏光変換素子４０と、リサイクルミラー６０とを備える。照明装置１００は、照明光として赤色光、緑色光及び青色光を含む光（つまり、白色光として用いることができる光）を射出する。

光源装置１０は、概ね平行化された光を射出する光源装置であって、光源としての白色発光ダイオード２０とコリメーター光学系３０とを備える。白色発光ダイオード２０は、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光を射出する。なお、光源としては、複数の白色発光ダイオードを用いてもよい。

コリメーター光学系３０は白色発光ダイオード２０からの光を平行化する光学素子である。コリメーター光学系３０は、２枚のコリメーターレンズ（第１レンズ３２及び第２レンズ３４）からなる。コリメーター光学系３０は、略均一な光束密度分布を有する光を射出する。なお、コリメーター光学系３０を構成するレンズの枚数は、１枚であってもよく、３枚以上であってもよい。

偏光変換素子４０は、光源装置１０から射出された光を直線偏光に変換して射出する光学素子である。偏光変換素子４０は、中央部が光源装置１０からの光が入射する光入射面となっており、光入射面の周囲はリサイクルミラー６０によって覆われている。

リサイクルミラー６０は、偏光変換素子４０の端部に入射する光を、光源装置１０に戻す機能を有する。リサイクルミラー６０によって、偏光変換素子４０の端部に入射する光（光入射面に入射しない光）を光源装置１０に戻すことにより、照明装置１００の光利用効率を高くすることが可能となる。

液晶光変調装置２００は、照明装置１００からの光を画像情報に応じて変調してフルカラー画像を形成する光変調装置である。液晶光変調装置２００は、偏光変換素子４０の直後に配置されている。このような構成とすることにより、光量のロスや偏光方向の乱れを低減することが可能となり、その結果、光利用効率をより一層高くすることが可能となる。

液晶光変調装置２００は、図示しないカラーフィルターを有する。当該カラーフィルターは、反射型のダイクロイックフィルターを有するベイヤー配列のカラーフィルターからなり、照明装置１００からの光を画素ごとに、赤色光、緑色光及び青色光に分離する色分離光学系としての機能を有する。なお、色分離光学系としては他の色分離光学系を用いてもよい。

また、液晶光変調装置２００は、偏光変換素子４０側に介在配置される入射側偏光板（図示せず）と、投写光学系３００側に介在配置される射出側偏光板（図示せず）とをさらに有する。

液晶光変調装置そのものは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入した透過型の液晶光変調装置であり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に応じて、入射側偏光板から射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。

液晶光変調装置２００から射出されたフルカラー画像は、投写光学系３００によって投写され、スクリーンＳＣＲ上で投写画像を形成する。

図２は、偏光変換素子４０の平面図である。

偏光変換素子４０は、各々が１つの偏光ビームスプリッタ４５と１つの全反射プリズム４６とを有する複数の偏光変換部が１次元的に配列された構成を有する。各偏光変換部は、光源装置１０から射出された光を直線偏光に変換する光学素子である。

本実施形態の場合、偏光変換素子４０は２個の偏光変換部を有している。２個の偏光変換部は、一方の偏光変換部の偏光分離膜４７と他方の偏光変換部の偏光分離膜４７とが互いに隣り合うように、照明光軸１００ａｘと直交する方向に１次元的に配列されている。以降、複数の偏光変換部が１次元的に配列されている方向のことを偏光変換部の配列方向と称する。

各偏光変換部は、入射した光に含まれる直線偏光成分のうち一方の直線偏光成分である第１偏光光をそのまま透過し、他方の直線偏光成分である第２偏光光を照明光軸１００ａｘに垂直な方向に反射する偏光分離膜４７と、偏光分離膜４７で反射された第２偏光光を照明光軸１００ａｘに平行な方向に反射する反射膜４８と、偏光分離膜４７を透過した第１偏光光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜４３と、偏光分離膜４７で分離された第１偏光光と第２偏光光のうちいずれか一方の偏光光の偏光状態をいずれか他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板４４と、を有している。位相差板４４は、後述する第１領域Ａ１と第２領域Ａ２のいずれか一方に設けられている。

以下、偏光変換素子４０の構成の一例を詳細に説明する。なお、以下の説明では、図２中の左右方向（偏光変換部の配列方向）を「横方向」、上下方向を「縦方向」と言う。左右方向は、照明光軸１００ａｘ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１００ａｘと平行な方向である。

本実施形態の場合、偏光変換素子４０は、コリメーター光学系３０から入射する光Ｌを、主としてＳ偏光成分からなる偏光光に変換するものである。偏光変換素子４０は、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、半透過反射膜４３と、位相差板４４と、を有している。第１光学ブロック４１Ａと該第１光学ブロック４１Ａ上に設置された半透過反射膜４３および位相差板４４とで第１偏光変換部が構成され、第２光学ブロック４１Ｂと該第２光学ブロック４１Ｂ上に設置された半透過反射膜４３および位相差板４４とで第２偏光変換部が構成されている。

第１光学ブロック４１Ａの構成は第２光学ブロック４１Ｂの構成と同じである。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１００ａｘ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。

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。

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偏光成分である第２偏光光を照明光軸１００ａｘと直交する方向に反射し、Ｐ偏光成分である第１偏光光を透過させる被膜である。

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、反射膜４８が設けられている。反射膜４８は、第１偏光光と第２偏光光の双方を反射する被膜であり、本実施形態では、偏光分離膜４７で反射された第２偏光光を照明光軸１００ａｘと平行な方向に反射する。

第１光学ブロック４１Ａは、偏光分離膜４７の面が反射膜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。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。

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は、コリメーター光学系３０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、リサイクルミラー６０が配置されていない領域は、光Ｌが偏光変換素子４０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偏光からなる偏光光を射出させる光射出面Ｓ４２を構成する。

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１００ａｘ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１００ａｘと平行な方向から光射出面Ｓ４２を見たときに、光射出面Ｓ４２のうち反射膜４８と平面視で重なる領域である。

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。

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。

照明光軸１００ａｘ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、リサイクルミラー６０が設けられている。リサイクルミラー６０は、コリメーター光学系３０から入射する光（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の双方を含む光）を、照明光軸１００ａｘと略平行な方向に反射する被膜である。

照明光軸１００ａｘ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、半透過反射膜４３および位相差板４４が設けられている。

半透過反射膜４３は、光射出面Ｓ４２の第１領域Ａ１から射出された第１偏光光の一部を反射し残りの一部を透過する半透明な被膜である。光入射面Ｓ４１に入射する光は白色光であることから、半透過反射膜４３は、入射白色光の一部を反射し、光量が若干低減された白色光を射出する。白色光の透過率は例えば９０％である。半透過反射膜４３で反射された第１偏光光の一部は光源装置１０に戻され、光源装置１０から再度偏光変換素子４０側に射出されることで、照明光として再利用される。

位相差板４４は、λ／２板よりなり、偏光分離膜４７を透過した第１偏光光を、その偏光方向を９０°回転させて第２偏光光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４０の基本的な構成である。

図１および図２に示すように、上記構成の照明装置１００では、コリメーター光学系３０から射出された光Ｌが、光入射面Ｓ４１に入射する。コリメーター光学系３０から射出された光Ｌのうちリサイクルミラー６０に入射した光は、リサイクルミラー６０で照明光軸１００ａｘと平行な方向に反射され、コリメーター光学系３０に入射する。リサイクルミラー６０からコリメーター光学系３０に入射した光は、コリメーター光学系３０によって集光され、白色発光ダイオード２０に入射する。白色発光ダイオード２０に入射した光は、白色発光ダイオード２０で反射され、偏光変換素子４０に導入する光として再利用される。

コリメーター光学系３０から射出された光Ｌ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偏光成分である第２偏光光は、偏光分離膜４７で照明光軸１００ａｘと直交する方向に反射されて反射膜４８に入射する。そして、反射膜４８に入射した第２偏光光は、反射膜４８で照明光軸１００ａｘと平行な方向に反射される。これにより、導光口Ａ３から入射した第２偏光光は、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Ｌ２として光射出面Ｓ４２の第２領域Ａ２から射出される。

偏光分離膜４７に入射した光のうち、Ｐ偏光成分である第１偏光光は、偏光分離膜４７を透過する。偏光分離膜４７を透過した第１偏光光は大部分が半透過反射膜４３を透過するが、一部の第１偏光光Ｌ３は半透過反射膜４３で照明光軸１００ａｘと平行な方向に反射され、コリメーター光学系３０に入射する。半透過反射膜４３からコリメーター光学系３０に入射した第１偏光光Ｌ３は、コリメーター光学系３０によって集光され、白色発光ダイオード２０に入射する。白色発光ダイオード２０に入射した第１偏光光Ｌ３は、白色発光ダイオード２０で反射され、偏光変換素子４０に導入する光として再利用される。

半透過反射膜４３を透過した第１偏光光は、位相差板４４に入射して第２偏光光に変換され、光射出面Ｓ４２の第１領域Ａ１からＳ偏光Ｌ１として射出される。偏光変換素子４０では、偏光分離膜４７を透過した第１偏光光の一部が半透過反射膜４３で反射されることで、第１領域Ａ１から偏光変換素子４０の外部に射出されるＳ偏光Ｌ１の光量が低減される。その結果、通常行われる設計仕様に基づいて、偏光分離膜における第１偏光光の透過率を偏光分離膜における第２偏光光の反射率と概ね等しく設計した場合であっても、反射光路を通って第２領域Ａ２から偏光変換素子４０の外部に射出されるＳ偏光Ｌ２の光量と、反射光路を通らずに第１領域Ａ１から偏光変換素子４０の外部に射出されるＳ偏光Ｌ１の光量との差が緩和若しくは解消され、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２から概ね均一な光量のＳ偏光が液晶光変調装置２００に向けて射出される。

このように本実施形態のプロジェクター１０００では、第２領域Ａ２から偏光変換素子４０の外部に射出されるＳ偏光Ｌ２の明るさを第１領域Ａ１から偏光変換素子４０の外部に射出されるＳ偏光Ｌ１の明るさに近づけることができる。つまり、光路長が相対的に長い第２偏光光により照明される領域の明るさを光路長が相対的に短い第１偏光光により照明される領域の明るさに近づけることができる。そのため、液晶光変調装置２００の照射領域全体で概ね均一な明るさが実現される。

なお、本実施形態では、第１領域Ａ１上に半透過反射膜４３と位相差板４４とをこの順に積層したが、半透過反射膜４３と位相差板４４の積層順序はこれに限らない。第１領域Ａ１上に位相差板４４と半透過反射膜４３とをこの順に積層してもよい。また、本実施形態では、半透過反射膜４３を偏光変換素子４０の構成の一部として記載したが、半透過反射膜４３を偏光変換素子４０から分離して、偏光変換素子４０から独立した光学素子として構成してもよい。すなわち、半透過反射膜４３を偏光変換素子４０と液晶光変調装置２００との間の光路上に偏光変換素子４０とは別体で設けてもよい。

［実施形態２］
図３（ａ）は、実施形態２の照明装置１０１の平面図である。第３（ｂ）は、実施形態２の照明装置１０１の側面図である。実施形態２において実施形態１と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態２において実施形態１と異なる点は、照明装置１０１が、偏光変換素子４０と前記コリメーター光学系との間の光路上に、前記偏光変換素子に入射する光を拡散させる光拡散手段５０を備えている点である。

光拡散手段５０は、偏光変換素子４０の前段、すなわち偏光変換素子４０の光源装置１０側に配置され、偏光変換部の配列方向（偏光分離膜４７による第２偏光光の反射方向と平行な方向；ｘ軸方向）に沿って光を拡散するフィルム状の光学素子である。光拡散手段５０は、光拡散手段５０の光源装置１０側の面に、各々が照明装置１０１の照明光軸１０１ａｘに垂直な方向であり、かつ、偏光変換部の配列方向（ｘ軸方向）と垂直な方向（ｙ軸方向）に延在する複数の光拡散部５２を有する。各光拡散部５２は、例えば、光拡散部５２の延在方向（ｙ軸方向）と直交する断面が略半円形状の断面形状を有するシリンドリカルレンズである。

複数の光拡散部５２は、偏光変換部の配列方向（ｘ軸方向）に沿って等間隔で配置されている。また、複数の光拡散部５２の個数は、偏光変換部の個数の２倍である。複数の光拡散部５２によって、偏光変換素子４０に入射する光を拡散することで、図中点線の円で示した偏光分離膜４７の端縁Ｋに対応する線状の表示影が液晶光変調装置の照射領域に出ることを抑制することができる。なお、複数の光拡散部５２の個数は、偏光変換部の個数の２倍よりも多いことも好ましい。

このように本実施形態の照明装置１０１では、光拡散手段５０によって偏光変換素子４０に入射する光を拡散しているので、偏光分離膜４７の端縁Ｋに遮られる光と偏光分離膜４７の端縁Ｋに遮られない光とをミキシングすることが可能となり、偏光分離膜４７の端縁Ｋに対応する線状の表示影が低減される。特に本実施形態では、光拡散手段５０が、偏光変換部の配列方向（ｘ軸方向）にのみ光を拡散し、偏光変換部の配列方向と直交する方向には光を拡散しないので、全方向に光を拡散する場合と比較して照明装置１０１の光量をさほど落とさずに、前記表示影による照度ムラを低減することが可能となる。

なお、本実施形態では、光拡散手段５０は、偏光変換部の配列方向に沿ってのみ光を拡散する特性を有していたが、光拡散手段５０はこのようなものに限定されない。例えば光拡散手段５０は、偏光変換部の配列方向だけでなく、偏光変換部の配列方向に対して直交する方向にも光を拡散する特性を有していてもよい。この場合、偏光変換部の配列方向に対して直交する方向への光拡散手段の拡散能力は、偏光変換部の配列方向への光拡散手段の拡散能力よりも小さい方が好ましい。偏光変換部の配列方向に対して直交する方向への光拡散が前記表示影を低減することに対する寄与は、偏光変換部の配列方向への光拡散が偏光変換素子の前記表示影を低減することに対する寄与よりも小さく、むしろ、偏光変換部の配列方向に対して直交する方向への光拡散は、光源装置１０から射出される光の利用効率を低下させるからである。

［実施形態３］
図４は、実施形態３の照明装置の平面図である。実施形態３において実施形態２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態３において実施形態２と異なる点は、光拡散手段７０の形状である。実施形態２では、光拡散部５２の延在方向と直交する断面の形状が半円形であったが、実施形態３では、光拡散部７２の延在方向と直交する断面の形状が三角形となっている。

すなわち、光拡散手段７０は、光拡散手段７０の光源装置１０側の面に、各々が照明装置１０２の照明光軸１０２ａｘに垂直な方向であり、かつ、偏光変換部の配列方向（ｘ軸方向）と垂直な方向（ｙ軸方向）に延在する複数の光拡散部７２を有する。各光拡散部７２は、例えば、光拡散部７２の延在方向（ｙ軸方向）と直交する断面が略三角形の断面形状を有する柱状レンズである。

この構成においても、実施形態２と同様に、偏光分離膜４７の端縁Ｋに対応する線状の表示影を低減し、照度ムラの少ない照明装置を提供することができる。

［実施形態４］
図５は、実施形態４の照明装置の平面図である。実施形態４において実施形態２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

実施形態４において実施形態２と異なる点は、光拡散手段５０ａの形状である。実施形態２では、同じ大きさおよび形状の複数の光拡散部５２がｘ方向に互いに隣接して配置されていたが、実施形態４では、複数の光拡散部５２ａのなかには異なる大きさまたは形状の光拡散部５２ａが含まれており、これらがｘ方向に互いに隣接して配置されている。

すなわち、光拡散手段５０ａは、光拡散手段５０ａの光源装置１０側の面に、各々が照明装置１０３の照明光軸１０３ａｘに垂直な方向であり、かつ、偏光変換部の配列方向（ｘ軸方向）と垂直な方向（ｙ軸方向）に延在する複数の光拡散部５２ａを有する。複数の光拡散部５２ａのなかには、例えば、光拡散部５２ａの延在方向（ｙ軸方向）と直交する断面が円形や楕円形など種々の断面形状を有する複数種類の柱状レンズが含まれている。

この構成においても、実施形態２と同様に、偏光分離膜４７の端縁Ｋに対応する線状の表示影を低減し、照度ムラの少ない照明装置を提供することができる。

［変形形態］
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態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、次のような変形も可能である。

例えば、上記各実施形態においては、「白色光として用いることができる光」を射出する光源装置１０としたが、本発明はこれに限定されるものではない。「白色光として用いることができる光」以外の光（例えば、特定の色光成分を多く含む光）を射出する光源装置としてもよい。

また、上記各実施形態においては、光源として白色発光ダイオード２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、光源として半導体レーザーからなる固体光源を用いてもよい。また、光源として固体光源以外の光源を用いてもよい。

また、上記各実施形態においては、透過型のプロジェクターを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、反射型のプロジェクターを用いてもよい。

また、上記各実施形態においては、１つの光変調装置を用いたプロジェクターを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。２つ以上の光変調装置を用いたプロジェクターにも適用可能である。例えば、赤色光用の光変調装置と青色光用の光変調装置と緑色光用の光変調装置とを用いる場合、例えば偏光変換素子の後段に、公知の色分離光学系を配置すればよい。

また、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。

２０…白色発光ダイオード（光源）、３０…コリメーター光学系、４０…偏光変換素子、４３…半透過反射膜、４４…位相差板、４７…偏光分離膜、４８…反射膜、５０，５１ａ，７０…光拡散手段、１００，１０１，１０２，１０３…照明装置、２００…液晶光変調装置（光変調装置）、３００…投写光学系、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ｓ４１…光入射面、Ｓ４２…光射出面

Claims (5)

1. 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領域から射出された光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜と、
   前記第１偏光光と前記第２偏光光のうち一方の偏光光の偏光状態を他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板と、を備えている偏光変換素子。
2. 光源と、
   前記光源から射出された光を略平行化するコリメーター光学系と、
   前記コリメーター光学系から射出された光が入射する偏光変換素子と、を備え、
   前記偏光変換素子は、
   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領域から射出された光の一部を反射し残りの一部を透過する半透過反射膜と、
   前記第１偏光光と前記第２偏光光のうち一方の偏光光の偏光状態を他方の偏光光の偏光状態に変換する位相差板と、を備えている照明装置。
3. 前記偏光変換素子と前記コリメーター光学系との間の光路上に、前記偏光変換素子に入射する光を拡散させる光拡散手段を備えている請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光拡散手段は、前記偏光分離膜による前記第２偏光光の反射方向と平行な方向に光を拡散させ、前記偏光分離膜による前記第２偏光光の反射方向と直交する方向には光を拡散させない請求項３に記載の照明装置。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項に記載の照明装置と、
   前記照明装置から射出された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、を備えているプロジェクター。

Images