JP4946342B2

JP4946342B2 - 偏光変換装置及びプロジェクタ

Info

Publication number: JP4946342B2
Application number: JP2006282268A
Authority: JP
Inventors: 歌省関口; 俊明橋爪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2026-10-17
Also published as: JP2007171926A

Description

本発明は、偏光分離用の偏光分離素子と光路折曲用の反射素子とを備える偏光変換装置
及びこれを組み込んだプロジェクタに関する。

偏光変換装置として、偏光分離膜及び反射膜を光軸に対して傾斜した状態で交互に配列
し、偏光分離膜又は反射膜からの光束の射出側に位相差板を配置したものがある。このよ
うな偏光変換装置は、入射した光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する
。このような偏光変換装置では、膜作製の便宜を考慮して、反射膜を偏光分離膜と同一構
造とする場合がある（特許文献１参照）。
特開平１１−２４２１１８号公報の第１５段落

しかしながら、反射膜と偏光分離膜とが同一構造を有する場合、反射膜が偏光分離膜と
同様の偏光成分（具体的にはＰ偏光）を透過させることになるので、このような反射膜に
光源からの光束が直接入射した場合、上記偏光成分がそのまま直進して射出光の偏光度（
偏光成分の純度）を低下させる場合がある。このような偏光度の低下は、偏光を変調して
画像を形成する液晶装置を組み込んだプロジェクタの投射画像のコントラスト低下の原因
となる場合がある。

そこで、本発明は、反射膜が偏光分離作用を有する場合に光源からの光束が直接入射し
たときにも偏光度を低下させにくい偏光変換装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上記の偏光変換装置を用いることにより高コントラストの画像を投射
できるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る偏光変換装置は、（ａ）入射光の光路に対して
傾斜して配置されるとともに当該入射光のうち第１の偏光を透過し第２の偏光を反射して
前記入射光を前記第１の偏光と前記第２の偏光とに分離する偏光分離素子と、（ｂ）偏光
分離素子に対向して略平行に配置され第２の偏光の光路を変換する反射素子と、（ｃ）反
射素子の第２の偏光が入射する側とは反対側に配置される光拡散層とを備える。

上記偏光変換装置では、光拡散層が、反射素子の第２の偏光が入射する側とは反対側（
背後）に配置されているので、光源等からの意図しない光束が偏光分離素子を経ないで反
射素子の背面側に入射した場合であっても、拡散層によって意図しない光束の直進を妨げ
ることができる。よって、偏光変換装置から射出される光束の偏光度低下を防止できる。

また、本発明の偏光変換装置の具体的な態様として、偏光分離素子と、反射素子と、光
拡散層とが順次繰り返し複数配列されている。この場合、偏光分離素子と、反射素子と、
光拡散層とを一組とした複数の光学部材を必要に応じて適宜配列することにより、省スペ
ースの装置にも拘わらず大断面積の光束に対する偏光変換が可能になる。

また、本発明の偏光変換装置の別の態様として、偏光分離素子と反射素子との間に配置
される複数の第１の透光性部材と、偏光分離素子と光拡散層との間に配置される複数の第
２の透光性部材とをさらに備える。この場合、第１及び第２の透光性部材を交互に配置し
つつ両透光性部材間に偏光分離素子、反射素子等を確実に支持しつつ配置することができ
る。

また、本発明の偏光変換装置の別の態様として、第２の透光性部材には、入射光の第２
の透光性部材への直接の入射の少なくとも一部を遮断するマスクをさらに備える。この場
合、光源等からの意図しない光束をマスクによって遮ることができるが、マスクの周辺か
らの漏れ光が反射素子の背面側に入射した場合であっても、このような漏れ光が偏光度低
下の原因となることを防止できる。

また、本発明のさらに別の態様として、偏光分離素子及び反射素子が、誘電体多層膜を
含んでなる。この場合、偏光分離素子や反射素子を共通する材料や類似する材料で形成す
ることができ、偏光変換装置の製造の便宜を図ることができる。尚、反射素子を誘電体多
層膜で形成した場合、反射素子に偏光分離特性を持たせることができ、偏光分離素子でわ
ずかながら反射された第１の偏光が反射素子でも反射されて偏光度低下の原因となること
を防止できる。

また、本発明のさらに別の態様として、拡散層が、第２の透光性部材の表面にフロスト
加工された部分である。この場合、拡散層を低コストで簡易に作製することができる。

また、本発明のさらに別の態様として、拡散層が、第２の透光性部材の表面に形成され
るとともに散乱する反射光を形成する反射性コート層を含む。この場合、拡散層での散乱
性の反射によって意図しない光束の直進を妨げることができる。

また、本発明のさらに別の態様として、前記拡散層が、前記第２の透光性部材の表面を
散乱面にフロスト加工した後、加工後の散乱面に反射性コート層を設けることによって形
成された部分である。この場合、反射性コート層によって拡散層での散乱をより確実にで
きる。

また、本発明のさらに別の態様として、前記拡散層が、前記反射性コート層の前記反射
素子側の表面がフロスト加工されている。この場合、偏光分離素子で反射された光のうち
反射素子で反射せずに透過した光についても、反射性コート層のフロスト加工された表面
が設けられた拡散層での散乱性の反射をさせることができ、意図しない光束の直進を妨げ
ることができる。

また、本発明のさらに別の態様として、前記反射性コート層が金属膜である。この場合
、散乱面に金属膜を形成することによって拡散層を得る。

また、本発明のさらに別の態様として、前記反射性コート層が高屈折率膜である。この
場合、散乱面に高屈折率膜を形成することによって拡散層を得る。

また、本発明のさらに別の態様として、第１及び第２の偏光のいずれか一方の偏光方向
を他方の偏光方向に変換する位相差板をさらに備える。この場合、第１及び第２の偏光の
いずれか一方の偏光方向を調整することができ、偏光変換装置から射出される偏光を所望
の状態とすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）光源光を発生
する光源と、（ｂ）光源光を照明領域での光強度が面なで均一な光にするとともに、上述
の偏光変換装置を有し、光源光の偏光方向を揃えて照明光として形成し、射出する照明光
学系と、（ｃ）照明光学系からの照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光
変調装置と、（ｄ）光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタによれば、以上で説明した偏光変換装置を組み込んでおり照明光学系
から射出される照明光を、意図しない偏光の混入を避けた高い偏光度の光束とすることが
できる。よって、本プロジェクタにより、高コントラストの画像を投射できる。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る偏光変換装置１を説明するための平面図である。本実施形
態に係る偏光変換装置１は、プリズム体１０、１１と、偏光分離膜２と、位相差板３と、
反射膜４と、マスク５と、拡散層７とを備える。

プリズム体１０、１１は、ともにガラス等で形成された透光性の部材であり、それぞれ
底面（紙面に対して平行な面）が平行四辺形である四角柱形状をなしている。プリズム体
１０、１１は、交互に連なることで偏光変換装置１の四角い厚板状の外形を形成する。

偏光分離膜２は、隣接するプリズム体１０、１１の間に入射光ＩＬに対して４５°傾斜
して配置されており、誘電体多層膜からなる偏光分離素子として、入射光ＩＬの光束に含
まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反
射する。ここでは、偏光分離膜２は、偏光変換装置１に入射した入射光ＩＬの偏光成分の
うち、Ｐ偏光を透過により第１の偏光ＰＰとして直進させ、Ｓ偏光を反射により第２の偏
光ＳＳとして折り曲げることによって分離するものとする。尚、偏光分離膜２は、プリズ
ム体１０の一方の傾斜した側面（紙面右側）上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成
される。

反射膜４は、隣接するプリズム体１０、１１の間に入射光ＩＬに対して４５°傾斜して
配置されている。つまり、反射膜４は、プリズム体１０を挟んで偏光分離膜２に対向して
平行に配置されている。反射膜４は、誘電体多層膜からなる反射素子として、偏光分離膜
２により反射された第２の偏光ＳＳをさらに反射することで光路を第１の偏光Ｐと同一の
方向に変換させる。この際、反射膜４は、偏光分離膜２と同一又は類似した構造を有し、
第２の偏光ＳＳを反射しつつ第１の偏光ＰＰを透過させる。これにより、偏光分離膜２か
らの反射光にＰ偏光が含まれる場合であっても、偏光変換装置１の射出側にＰ偏光の第１
の偏光ＰＰが漏れ出すことを防止できる。尚、反射膜４は、プリズム体１０の他方の傾斜
した側面（紙面左側）上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。

拡散層７は、プリズム体１１の一方の斜面に形成されたもので、プリズム体１１の材料
表面に、サンドブラスト、エッチング処理等を利用したフロスト加工を施すことによって
得られる。プリズム体１１表面の拡散層７とプリズム体１０表面の反射膜４とは、互いに
対面した状態で極めて近接した状態に接着されている。

図２は、拡散層７の構造を説明する拡大図である。拡散層７は、プリズム体１１の表面
に形成された微細かつランダムな凹凸面７ａからなる。この凹凸面７ａは、入射光を透過
等させる際にランダムに散乱させる散乱面として機能する。プリズム体１１は、透明な接
着剤層ＢＬを介してプリズム体１０に接合されており、凹凸面７ａすなわち拡散層７は、
接着剤層ＢＬを挟んで反射膜４に対向する状態となっている。プリズム体１１の内部から
拡散層７に入射した光束は、反射膜４に入射する前にランダムに散乱されるので、迷光が
正反射によって特定箇所に集中して入射することを回避できる。

尚、拡散層７は、プリズム体１１表面へのフロスト加工に限らず、一定の散乱効果を得
られる限り、プリズム体１１表面に形成した光散乱膜等に置き換えることができる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、図２に示す拡散層７の変形例を示す。図３（ａ）に示す変
形例の場合、プリズム体１１の表面に形成されたランダムな凹凸面７ａ上に反射性コート
層である金属反射膜２０８ａが堆積されており、この金属反射膜２０８ａによって凹凸面
７ａが完全に覆われている。つまり、拡散層２０７は、プリズム体１１表面の凹凸面７ａ
と、これを覆う金属反射膜２０８ａとからなる。プリズム体１１の内部から拡散層２０７
に入射した光束は、金属反射膜２０８ａによってランダムに散乱されるので、迷光が正反
射によって特定箇所に入射することを回避できる。図３（ａ）に示す拡散層２０７の作製
方法について簡単に説明すると、まずプリズム体１１の表面にフロスト加工等を施すこと
によってランダムな凹凸面７ａを形成する。その後、スパッタ、蒸着等の各種成膜法を利
用して、凹凸面７ａ上に金属反射膜２０８ａを堆積する。金属反射膜２０８ａの材料とし
ては、Ａｌ、Ａｇ等の可視域で吸収が少ない材料を用いることができる。このようにして
完成したプリズム体１１に対しては、接着剤層ＢＬを挟んでプリズム体１０を接合する。
これにより、プリズム体１１の拡散層２０７が、接着剤層ＢＬを挟んでプリズム体１０の
反射膜４に対向する状態となる。なお、金属反射膜２０８ａの代わりに高屈折膜３０８ａ
を設けても良い。高屈折率膜３０８ａの材料としては、ＴｉＯ_２（波長５５０ｎｍでの屈
折率２．４）、Ｔａ_２Ｏ_５（波長５５０ｎｍでの屈折率２．２）、ＺｒＯ_２（波長５５０
ｎｍでの屈折率２．０）等の材料を用いることができる。一方、プリズム体１１の屈折率
は、波長５５０ｎｍで１．５程度である。

また、図３（ｂ）に示す変形例の場合、上述した変形例と同様にプリズム体１１の表面
に形成されたランダムな凹凸面７ａが完全に覆う反射性コート層（金属反射膜２０８ａ又
は高屈折率膜３０８ａ）が堆積され、さらに反射性コート層（金属反射膜２０８ａ又は高
屈折率膜３０８ａ）の反射膜４側の表面に凹凸面８ａが形成されている。つまり、拡散層
３０７は、プリズム体１１表面の凹凸面７ａと、これを覆い反射膜４側の表面の凹凸面８
ａが形成された反射性コート層（金属反射膜２０８ａ又は高屈折率膜３０８ａ）とからな
る。プリズム体１１の内部から拡散層３０７に入射した光束は、反射性コート層（金属反
射膜２０８ａ又は高屈折率膜３０８ａ）によってランダムに散乱されるので、迷光が正反
射によって特定箇所に入射することを回避できる。さらに、本変形例では、偏光分離膜２
で反射された光のうち反射膜４で反射されず透過する光（偏光分離膜２及び反射膜４の膜
特性により発生する光）も、反射性コート層（金属反射膜２０８ａ又は高屈折率膜３０８
ａ）によってランダムに散乱されるので、迷光が正反射によって特定箇所に入射すること
も回避できる。図３（ｂ）に示す拡散層３０７の作製方法について簡単に説明すると、ま
ずプリズム体１１の表面にフロスト加工等を施すことによってランダムな凹凸面７ａを形
成する。その後、スパッタ、蒸着等の各種成膜法を利用して、凹凸面７ａ上に反射性コー
ト層（金属反射膜２０８ａ又は高屈折率膜３０８ａ）を堆積する。さらに、その後、反射
性コート層（金属反射膜２０８ａ又は高屈折率膜３０８ａ）の表面にフロスト加工等を施
すことによってランダムな凹凸面８ａを形成する。このようにして完成したプリズム体１
１に対しては、接着剤層ＢＬを挟んでプリズム体１０を接合する。これにより、プリズム
体１１の拡散層３０７が、接着剤層ＢＬを挟んでプリズム体１０の反射膜４に対向する状
態となる。

図３（ｃ）に示す変形例の場合、プリズム体１１の表面に形成されたランダムな凹凸面
７ａ上に金属反射膜４０８ａが堆積されており、この金属反射膜４０８ａによって凹凸面
７ａが部分的に覆われており、凹凸面７ａがランダムかつ局所的に露出するように微細か
つランダムな配置で微小開口７ｂが形成されている。つまり、拡散層４０７は、プリズム
体１１表面の凹凸面７ａと、これをランダムに部分的に覆う金属反射膜４０８ａとからな
る。プリズム体１１の内部から拡散層３０７に入射した光束は、金属反射膜４０８ａによ
ってランダムに散乱され、微小開口７ｂを通過した一部の光束も、プリズム体１０の反射
膜４で反射されるが、プリズム体１１に戻るものは殆どなくなる。また、偏光分離膜２で
反射された光のうち反射膜４で反射されず透過する光（偏光分離膜２及び反射膜４の膜特
性により発生する光）も、金属反射膜４０８ａによってランダムに散乱され、微小開口７
ｂを通過した一部の光束はプリズム体１１に入射するが微小開口７ｂはランダムに配置さ
れているため、迷光が正反射によって特定箇所に集中して入射することも回避できる。図
３（ｃ）に示す拡散層４０７の作製方法について簡単に説明すると、まずプリズム体１１
の表面にフロスト加工等を施すことによってランダムな凹凸面７ａを形成する。その後、
スパッタ、蒸着等の各種成膜法を利用して、凹凸面７ａ上に金属反射膜４０８ａを堆積す
る。最後に、金属反射膜２０８ａの上層部をサンドブラスト等によって部分的に除去する
ことによって金属反射膜４０８ａの下地を部分的に露出させ、ランダムで多数の微小開口
７ｂを形成する。このようにして完成したプリズム体１１に対しては、接着剤層ＢＬを挟
んでプリズム体１０を接合する。これにより、プリズム体１１の拡散層４０７が、接着剤
層ＢＬを挟んでプリズム体１０の反射膜４に対向する状態となる。

図１に戻って、この偏光変換装置１では、偏光分離膜２と反射膜４と拡散層７とがひと
つずつで一組を成し、互いに略平行に順次繰り返し配列されている。

位相差板３は、プリズム体１１の射出側に設けられており、半波長位相差板として、偏
光分離膜２を透過したＰ偏光である第１の偏光ＰＰをＳ偏光に変換する。尚、位相差板３
は、プリズム体１０の射出側に設けることもできるが、この場合、偏光分離膜２で反射さ
れ反射膜４を経たＳ偏光である第２の偏光ＳＳをＰ偏光に変換することになる。

マスク５は、プリズム体１１の入射側に設けられており、遮光性の材料からなる遮光板
として不要な光を遮断する。

プリズム体１０は、第１の透光性部材Ｕ１として、互いに略平行な光入射端面と光射出
端面と、該光入射端面に対して所定の角度をなし互いに略平行な偏光分離素膜２が設けら
れた側端面と反射膜４が設けられた側端面とを備える。

プリズム体１１は、第２の透光性部材Ｕ２として、プリズム体１０の光入射端面と同一
面を形成する端面と、プリズム体１０の光射出端面と同一面を形成する光射出端面と、偏
光分離膜２に対向する側端面と、反射膜２に対向し拡散層７が設けられた側端面とを備え
る。

プリズム体１０とプリズム体１１とが交互に配置され、偏光変換装置１の四角い厚板状
の外形を形成する。なお、プリズム体１０とプリズム体１１とを交互に配置し、端部にダ
ミーの透光性部材を設けてもよい。

以上において、偏光変換装置１は、第１及び第２の透光性部材Ｕ１、Ｕ２を交互に一列
に配置して接合した偏光変換素子アレイとなっている。尚、第２の透光性部材Ｕ２のプリ
ズム体１１の光射出端面のみに設けた位相差板３は、偏光変換装置１の光射出端面にスト
ライプ状に貼付され、プリズム体１０の光入射端面と同一平面を形成するプリズム体１１
の端面のみに設けたマスク５は、偏光変換装置１の光入射側端面にストライプ状に貼付さ
れた状態となっている。

なお、本実施形態では、偏光分離膜２と反射膜４と拡散層７とがひとつずつで一組を成
し、互いに略平行に順次繰り返し配列されている構成を説明したが、偏光分離膜２と反射
膜４と拡散層７とをひとつずつだけ備え、これらに対応するマスク５及び位相差板３のう
ち少なくとも位相差版のみを備える構成とすることも可能である。

また、本実施形態では、偏光分離膜２は、プリズム体１０の一方の傾斜した側面上に蒸
着された構成を説明したが、偏光分離膜２をプリズム体１１の拡散層７が設けられた斜面
と反対側の斜面上に蒸着する構成とすることも可能である。

以下、光路を辿って本実施形態における偏光変換装置１の動作の概要について説明する
。まず、偏光変換装置１の入射面ＩＳより入射した入射光ＩＬは、偏光分離膜２により偏
光成分ごとに分離される。つまり、入射光ＩＬのうち、Ｐ偏光である第１の偏光ＰＰは偏
光分離膜２を透過する一方、Ｓ偏光である第２の偏光ＳＳは、偏光分離膜２により反射さ
れる。この際、不要な光がマスク５により遮断されている。

次に、偏光分離膜２を透過した第１の偏光ＰＰは、位相差板３により位相が反転し、Ｓ
偏光として射出される。一方、偏光分離膜２により反射された第２の偏光ＳＳは、反射膜
４によって反射され、第１の偏光ＰＰの射出方向に、位相は変わることなくＳ偏光として
射出面ＥＳから射出される。

以上により、偏光変換装置１に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光光束の偏光方向が
Ｓ偏光に揃えられた射出光ＥＬとし同一方向に射出される。

図４は、反射膜４の背後（偏光分離膜２で反射された第２の偏光ＳＳが入射する側と反
対側）に設けた拡散層７の役割を説明するための部分拡大平面図である。プリズム体１１
の端面１１ｄ上には、薄い拡散層７が形成されており、プリズム体１０の端面１０ｄ上に
は、薄い反射膜４が形成されている。対面するプリズム体１０の端面１０ｄとプリズム体
１１の端面１１ｄとは、屈折率が異なる透明な接着剤によって拡散層７及び反射膜４を介
して互いに接合されており、反射膜４と拡散層７とが対面した状態で極めて近接した状態
に保持され、反射膜４の背面が拡散層７によって全体的に覆われる。

ここで、プリズム体１０の光入射端面と同一平面を形成するプリズム体１１の側端面に
配置されるマスク５は、プリズム体１１の当該側端面よりも僅かに小さく形成されている
。すなわち、マスク５は、プリズム体１１への直接の入射の少なくとも一部を遮断してい
る。このようにマスク５を小さめに形成することに起因して、プリズム体１１の当該側端
面が一部露出して露出面ＥＳ１、ＥＳ２が形成される。マスク５を小さめに形成する理由
は、マスク５をプリズム体１１の入射面のサイズに合わせて形成した場合、アライメント
誤差によってマスク５がプリズム体１０の入射面ＩＳにはみ出すことを回避したものであ
る。入射光ＩＬは、通常プリズム体１０の入射面ＩＳに入射するのが原則であるが、実際
には、入射面ＩＳの両端の露出面ＥＳ１、ＥＳ２にも迷光ＳＬ１，ＳＬ２として入射する
。このような迷光ＳＬ１，ＳＬ２は、Ｐ偏光及びＳ偏光を含んでおり、反射膜４に近接し
て拡散層７が存在しないと仮定した場合、迷光ＳＬ１，ＳＬ２のうちＰ偏光成分がプリズ
ム体１１を伝搬して反射膜４を通過する。反射膜４を通過した迷光ＳＬ１，ＳＬ２は、さ
らにプリズム体１０を透過して偏光変換装置１の射出側から射出されるので、偏光変換装
置１から射出される射出光ＥＬにＳ偏光だけでなくＰ偏光が含まれ、射出光ＥＬの偏光度
が低下する。一方、本実施形態のように反射膜４に近接して拡散層７を設けた場合、迷光
ＳＬ１，ＳＬ２がプリズム体１１を経て拡散層７に入射するが、直進が阻止される。この
ような迷光ＳＬ１，ＳＬ２は、拡散層７によって散乱されるので、プリズム体１０を経て
偏光変換装置１の射出側から射出されることを回避でき、偏光変換装置１から射出される
射出光ＥＬをほとんどＳ偏光だけを含む高い偏光度の状態に維持することができる。

また、例え、マスク５はプリズム体１１の当該側端面を全て覆っていたとしても、プリ
ズム体１０へ入射する光は様々な入射角度で入射するため、偏光分離膜２を透過した第１
の偏光ＰＰのうち一部は反射膜４に向かってしまうことがある。しかし、本実施形態のよ
うに反射膜４に近接して拡散層７を設けた場合、このような反射膜４に向かう第１の偏光
ＰＰのうち反射膜４を透過する光の量は減少される。

以上では、図２に示す拡散層７の役割について説明したが、図３（ａ）〜３（ｃ）に示
す拡散層２０７，３０７，４０７も同様の役割を有し、迷光ＳＬ１，ＳＬ２のうちＰ偏光
成分がプリズム体１１を伝搬して反射膜４を通過することを防止できる。つまり、拡散層
２０７，３０７，４０７を設けることによっても、拡散層７の場合と同様に、偏光変換装
置１から射出される射出光ＥＬをほとんどＳ偏光だけを含む高い偏光度の状態に維持する
ことができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るプロジェクタ１００の光学系を示す模式図である
。このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学
像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、光源ランプユニ
ット２０、照明光学系３０、色分離装置４０、光変調部６０、クロスダイクロイックプリ
ズム７０、及び投射光学系８０を備えて構成される。

光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し
、照明光学系３０等を介して光変調部６０を照明するための光源であり、発光管である光
源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する楕円の凹面鏡２２と、
凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。この光源ラン
プユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及び凹レ
ンズ２３を経て平行化され、前方側すなわち照明光学系３０側に射出される。尚、上述し
た楕円の凹面鏡２２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹
面鏡を用いた場合、凹面鏡２２の後段に凹レンズ２３等を設けなくとも、光源ランプユニ
ット２０から平行光束を射出させることが可能となる。

照明光学系３０は、光源ランプユニット２０から射出された光束を複数の部分光束に分
割し、これら複数の光束を対象とする照明領域に重畳して入射させ、この照明領域の面内
照度を均一化するための光学系であり、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、
偏光変換装置１０１、及び重畳レンズ３５を備えている。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプ２１から射出された光束を複数の部分光束に分割
する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内にマトリッ
クス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。各小レンズの輪郭形状は、後述
する光変調部６０を構成する液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と
ほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第１レンズ
アレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレ
イ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリックス状に配列される複数の小
レンズを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル
６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換装置１０１は、第１実施形態で述べた偏光変換装置１（図１参照）と同一構造
を有し、第２レンズアレイ３２を経た各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える
役割を有する。偏光変換装置１０１は、システム光軸ＯＡを基準とし、これに対して図１
を用いて説明した偏光分離膜２及び反射膜４を交互に傾斜配置で配列した構成となってい
る。つまり、図１等で示した入射光ＩＬは、光軸ＯＡに平行である。偏光変換装置１０１
は、既述のように、すべての偏光光束の偏光方向を揃え、これにより、光源ランプ２１か
ら射出される光束を、高い偏高度の偏光光束に揃えることができ、光変調部６０で利用す
る光源光の利用率を向上させることができる。

重畳レンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変換装置
１０１を経た複数の部分光束を集光して、液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成
領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ３５から射出され
た光束は、均一化されつつ次段の色分離装置４０に射出される。つまり、両レンズアレイ
３１，３２と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離装置４０を経て、
光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領
域を均一に重畳照明する。

色分離装置４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ、コンデンサレンズ４３ｒ，４３ｂ，４３ｇ、及びリレーレンズ４
５，４６を備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを
含んで構成される色分離光学系は、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ
）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上
に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する
誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してと
もに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・
Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。ま
た、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち緑色
光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離装置４０の射出側に設けられた各色用の
コンデンサレンズ４３ｒ，４３ｂ，４３ｇは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調
部６０に入射する各部分光束が、システム光軸ＯＡに対して適当な収束度又は発散度とな
るように設けられている。一対のリレーレンズ４５，４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や
緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている
。これらのリレーレンズ４５，４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成さ
れた像を、ほぼそのまま射出側のコンデンサレンズ４３ｒに伝達することにより、光の拡
散等による光の利用効率の低下を防止している。

この色分離装置４０において、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射
した照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミ
ラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経
て最終段のコンデンサレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａ
を透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２
に導かれ最終段のコンデンサレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラ
ー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃ
やリレーレンズ４５，４６を経て最終段のコンデンサレンズ４３ｒに入射する。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶パネル
（液晶表示パネル）６１ｂ，６１ｇ，６１ｒと、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを
挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒとを備える。ここで、
例えば青色光ＬＢ用の液晶パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２
ｂとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを
構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ，
６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶パネル６１ｒと、偏光フィル
タ６２ｒ，６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１
ｒは、一対の透明なガラス基板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、
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従って、
それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

この光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、コンデンサレン
ズ４３ｂを介して液晶パネル６１ｂの位置に設けた照明領域に入射し液晶パネル６１ｂ内
の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、コンデンサレンズ
４３ｇを介して液晶パネル６１ｇの位置に設けた照明領域に入射し液晶パネル６１ｇ内の
画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、第１及び第２リレー
レンズ４５，４６及びコンデンサレンズ４３ｒを介して液晶パネル６１ｒの位置に設けた
照明領域に入射し液晶パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶パネル６１ｂ，
６１ｇ，６１ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で
透過型の光変調装置である。各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒにそれぞれ入射した各
色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに電気的信号として入力
された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏
光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒによって、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入
射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒか
ら射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム７０は、射出側偏光板６１ｂ，６１ｇ，６１ｒから射出
された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である
。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視
略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の
誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射
し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズ
ム７０は、液晶パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方
向右側に射出させ、液晶パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１
，７２を介して直進・射出させ、液晶パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜
７２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、拡大投影レンズと
しての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として
投射される。

本実施形態において、第１実施形態の偏光変換装置１を照明光学系３０の偏光変換装置
１０１として用いることにより、光束の偏向方向を、一方向に揃えることができ、光源光
の利用率を向上させることができる。また、反射膜４の背後に配置される拡散層７の存在
によって、不要な偏向光束が照明光学系３０が射出されることを防止することができる。
これにより、黒レベルの明るさを抑えた高いコントラストの画像を投射することができる
プロジェクタ１００を提供することが可能となる。

尚、本実施形態では、三板式のプロジェクタにより説明をしたが、これに限らず、例え
ば、単板式のプロジェクタに対しても同様に本発明の偏光変換装置を用いることは可能で
ある。また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例につ
いて説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで
、「透過型」とは、液晶パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを
意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味し
ている。

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
タに適用する場合にも可能である。

さらに、この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々の態様において実施することが可能であり、プロジェクタ以外にも偏光
を含む光源を有する照明装置等に適用可能である。

第１実施形態に係る偏光変換装置を説明するための平面図である。偏光変換装置を構成するプリズム体の表面の拡散層を説明する部分拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図２に示すプリズム体の表面の拡散層の変形例を示す部分拡大断面図である。反射膜の背後に設けた拡散層の役割を説明する部分拡大平面図である。第２実施形態に係るプロジェクタの光学系を示す模式図である。

符号の説明

１、１０１…偏光変換装置、２…偏光分離膜、３…位相差板、４…反射膜、５
…マスク、７…拡散層、１００…プロジェクタ、２０…光源ランプユニット、３
０…照明光学系、４０…色分離装置、６０…光変調部、７０…クロスダイクロイッ
クプリズム、８０…投射光学系、ＩＬ…入射光、ＳＬ…迷光

Claims

入射光の光路に対して傾斜して配置されるとともに当該入射光のうち第１の偏光を透過し第２の偏光を反射して前記入射光を前記第１の偏光と前記第２の偏光とに分離する偏光分離素子と、
前記偏光分離素子に対向して略平行に配置され前記偏光分離素子で反射された前記第２の偏光の光路を変換する反射素子と、
前記反射素子の前記第２の偏光が入射する側とは反対側に、前記反射素子に対向して略平行に配置される光拡散層と、
前記第１及び第２の偏光のいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換する位相差板と、
を備える偏光変換装置。
前記偏光分離素子及び前記反射素子は、誘電体多層膜を含んでなる請求項１記載の偏光変換装置。
前記偏光分離素子と前記反射素子との間に配置される複数の第１の透光性部材と、
前記偏光分離素子と前記光拡散層との間に配置される複数の第２の透光性部材と、
を備え、
前記拡散層は、フロスト加工された部分及び反射性コートの少なくとも一方を含む請求項１から請求項２のいずれか一項記載の偏光変換装置。
前記反射性コート層は、金属膜または高屈折膜である請求項３記載の偏光変換装置。
光源光を発生する光源と、
前記光源光を照明領域での照度が面内で均一な光にするとともに、請求項１から請求項４のいずれか一項記載の偏光変換装置を有し、前記光源光の偏光方向を揃えて照明光として形成し、射出する照明光学系と、
前記照明光学系からの照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光変調装置と、
前記光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系と
を備えることを特徴とするプロジェクタ。