JP5039648B2

JP5039648B2 - 投射型液晶表示装置

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Publication number: JP5039648B2
Application number: JP2008169800A
Authority: JP
Inventors: 展之木村; 長平小野
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP2010008827A

Description

本発明は、一対のアレイレンズを有するオプチカルインテグレータに組み合わされて偏光変換インテグレータを構成する偏光変換素子およびそれを用いた投射型液晶表示装置に関する。

従来、光源からの光をライトバルブで映像信号に応じて光強度変調し、形成された光学像を拡大して投射する光学ブロックである光学ユニットを、駆動回路，電源回路や冷却用ファンなどと共に筐体内に収納した投射型表示装置が知られている。

投射型表示装置では、光源によって照明されるライトバブル上の照度分布を均一とするために、一般に、２枚（一対）のアレイレンズを備えたオプチカルインテグレータが用いられる。また、ライトバブルとして液晶パネルが用いられる場合、光利用効率を高めるために、一方向にアレイ状に配列された複数の平行四辺形柱の透光性部材の界面に偏光分離膜（「ＰＢＳ膜」，「偏光ビームスプリッタ膜」ともいう）と反射膜とが交互に形成された偏光分離素子（以下、この偏光分離素子を便宜上「ＰＢＳアレイ」ともいう）により偏光分離を行い、偏光分離素子の一方の偏光の出射側に配置された位相差板により所定の偏光光に揃えて出射させる偏光変換機能を備えた偏光変換素子を前記オプチカルインテグレータと組み合わせた所謂偏光変換インテグレータ方式が用いられる。この種の技術は、例えば特許文献１に記載されている。また、偏光変換素子については、例えば特許文献２に記載されている。

上記した偏光変換素子の一方の偏光の出射側に配置された位相差板の基材としては、従来、高分子フィルムを一軸延伸した有機フィルム（例えば一軸延伸したポリカーボネートフィルム）が主に用いられている。この有機フィルムは、耐熱性，耐光性が低く、黄変して、偏光変換効率が劣化するという問題を有している。そこで、投射型表示装置の高輝度化に伴い、位相差板の基材として水晶平板を用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。水晶を用いれば耐熱性，耐光性，耐久性を向上させることができる。

しかしながら、水晶製の位相差板は、光学用人工水晶を切り出して成形されるので、サイズが大きな位相差板になればなるほど高価になると共に、光学用人工水晶の形成が飛躍的に困難になるという問題がある。この問題を解決する技術として、一つの位相差板を複数に分割された水晶製の位相差板で構成する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平１０−１７１０４５号公報特開２００３−２８７７１９号公報特開２００３−３０２５２３号公報特開２００７−５８０１８号公報

上記した特許文献４によれば、サイズが大きな位相差板をサイズが小さな複数の水晶製の位相差板で構成することができ、比較的低コストで容易に大きな偏光変換素子を作成できる。また、耐熱，耐光性に優れた水晶製の位相差板を使用できるので、偏光変換素子の長寿命化も図れる。

ところで、特許文献４では、一方向にアレイ状に配列された複数の平行四辺形柱の透光性部材の界面に偏光分離膜（偏光ビームスプリッタ膜）と反射膜とが交互に形成された偏光分離素子に、水晶製の位相差板（以下、「水晶位相差板」と省略する）を接着剤（有機製）で固定するようにしている。一方、偏光分離素子の基材は硝子であり、位相差板の基材は水晶であるので、熱膨張率が異なることになる。このため、光源からの光束に晒される偏光変換素子では、偏光分離素子と水晶位相差板との熱膨張率の差による応力により、偏光分離素子から水晶位相差板が剥離し易いという懸念がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたもので、その目的は、水晶位相差板の剥離を低減する偏光変換素子およびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明による投射型液晶表示装置は、光源と、該光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、該オプチカルインテグレータからの複数の光を互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部、前記２種類の偏光光のいずれか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する、複数列の水晶の位相差板、および、前記複数列の偏光分離部および前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体を備えた偏光変換素子と、該偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、前記光学像を拡大して表示する投射レンズを備えた投射型液晶表示装置であって、前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接しており、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持している（発明１）。

また、発明１に記載の投射型液晶表示装置において、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分であると良い（発明２）。

また、発明１又は２に記載の投射型液晶表示装置において、前記位相差板支持部材の長辺は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分であると良い（発明３）。

また、発明１に記載の投射型液晶表示装置において、前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは偶数であり、前記位相差板を光軸方向から見た場合において、前記位相差板構成部材の隣接部分が、前記アレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあると良い（発明４）。

また、発明１に記載の投射型液晶表示装置において、前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは偶数であり、前記位相差板を光軸方向から見た場合において、前記位相差板構成部材の隣接部分が、前記光源からの光によって前記偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあると良い（発明５）。

また、発明４又は５に記載の投射型液晶表示装置において、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さは（Ｌ／Ｎ）×２であると良い（発明６）。

また、発明１に記載の投射型液晶表示装置において、前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、前記位相差板を光軸方向から見た場合において、前記位相差板構成部材の隣接部分が、前記アレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあると良い（発明７）。

また、発明１に記載の投射型液晶表示装置において、前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、前記位相差板を光軸方向から見た場合において、前記位相差板構成部材の隣接部分が、前記光源からの光によって前記偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあると良い（発明８）。

また、発明７又は８に記載の投射型液晶表示装置において、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さが｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×２であると良い（発明９）。

また、発明７又は８に記載の投射型液晶表示装置において、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×３であると良い（発明１０）。

また、上記課題点を解決するために、本発明による偏光変換素子は、光を互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部、前記２種類の偏光光のいずれか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する、複数列の水晶の位相差板、および、前記複数列の偏光分離部および前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体を備えた偏光変換素子であって、前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接しており、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持している（発明１１）。

また、発明１１に記載の偏光変換素子において、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分であると良い（発明１２）。

また、発明１１又は１２に記載の偏光変換素子において、前記位相差板支持部材の長辺は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分であると良い（発明１３）。

上記のように、本発明によれば、従来技術のように接着剤を用いず、位相差板支持部材が位相差板構成部材の隣接部分を支持する構造としたので、熱劣化により位相差板が偏光分離素子から剥離するという不具合を低減することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図を参照して説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについては、その重複する説明を省略する。

まず、本実施の形態に係わる光学ユニットの光学系について述べ、その後、本実施形態による偏光変換素子について詳細に説明するものとする。

図１は、本実施形態に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図である。なお、図１において、各色光の光路に配置されている要素を区別する際には符号の後に色光を表すＲ，Ｇ，Ｂを添えて示し、区別する必要がない場合には、色光の添え字を省略する。また、以下の説明を簡単とするため、ローカル右手直角座標系を導入しておく。すなわち、光軸１０１をＺ軸として、Ｚ軸に直交する面内で、図１紙面に平行な軸をＹ軸とし、図１紙面の裏から表に向かう軸をＸ軸とする。また、便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ方向」，Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ方向」と呼ぶものとする。後述する矩形照射有効領域を有する液晶パネル６０の面内においては、Ｘ方向は矩形照射有効領域における短辺に平行な方向であり、Ｙ方向は矩形照射有効領域における長辺に平行な方向である。

図１において、投射型液晶表示装置の光学系は、照明光学系１００と、光分離光学系１３０と、リレー光学系１４０と、３つのフィールドレンズ２９（２９Ｒ，２９Ｇ，２９Ｂ）と、３つの透過型液晶表示素子としての液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）と、光合成手段である光合成プリズム８０と、投射手段である投射レンズ９０とを備えている。そして、これらの光学素子は、基体５５０に装着されて、光学ユニット５００を構成し、該光学ユニット５００は、液晶パネル６０を駆動する駆動回路５７０、液晶パネル６０などを冷却する冷却用ファン５８０、照明光学系１００に含まれる光源ユニット１０，冷却用ファン５８０，駆動回路５７０やその他の図示しない各回路に電力を供給する電源回路５６０とともに、図示しない筐体に搭載され、投射型液晶表示装置を構成する。

映像表示素子である液晶パネル６０を均一に照射する照明光学系１００は、略白色光を射出するランプ（光源ともいう）１１およびリフレクタ１２（ここでは放物面リフレクタ）からなる光源ユニット１０と、オプチカルインテグレータを構成する第１のアレイレンズ２１および第２のアレイレンズ２２と、偏光変換素子２５と、集光レンズ（重畳レンズともいう）２７を含んでなる。また、照明光学系１００からの略白色光を例えば光の３原色光に光分離する光分離光学系１３０は、２つのダイクロイックミラー３１，３２と、光路方向を変える反射ミラー３３とを有している。また、リレー光学系１４０は、フィールドレンズである第１リレーレンズ４１と、リレーレンズである第２リレーレンズ４２と、光路方向を変える２つの反射ミラー４５，４６とを含んでなる。

ランプ１１は、超高圧水銀ランプ，メタルハライドランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，ハロゲンランプ等の白色ランプである。リフレクタ１２は、ランプ１１を背後側から覆うように配置された、例えば回転放物面形状の反射面を有するもので、円形ないし、多角形の出射開口を持つ。

ランプ１１から射出された光は、例えば回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２によって反射され、光軸１０１に略平行となり、光源ユニット１０から略平行の光束が射出される。光源ユニット１０から射出された光は、偏光変換インテグレータに入射する。

偏光変換インテグレータは、第１のアレイレンズ２１と第２のアレイレンズ２２からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて所定の直線偏光光（例えばＳ偏光光）に変換する偏光変換素子２５（詳細は後述）とで構成される。

第１のアレイレンズ２１は、照明光軸方向から見て液晶パネルとほぼ相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリクス状に配設されたもので、光源ユニット１０から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ２２と偏光変換素子２５を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ２１は、ランプ１１と第２のアレイレンズ２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第１のアレイレンズ２１と同様に、照明光軸方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有する第２のアレイレンズ２２は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ２１のレンズセルの形状を液晶パネル６０に投影（写像）する。

この時、偏光変換素子２５で第２のアレイレンズ２２からの光は所定の偏光方向（例えばＳ偏光）に揃えられる。そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ２７、光分離光学系１３０，フィールドレンズ２９Ｇ，２９Ｂ，リレー光学系１４０，フィールドレンズ２９Ｒにより各液晶パネル６０上に重ね合わせられる。

なお、第２のアレイレンズ２２とこれに近接して配設される集光レンズ２７とは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルと液晶パネル６０とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ２１で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ２２と集光レンズ２７によって、液晶パネル６０上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

以上述べたように、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２，偏光変換素子２５とで構成された偏光変換インテグレータは、ランプ（光源）１１からの偏光方向がランダムな光を所定偏光方向に揃えながら、液晶パネル６０を均一照明することができる。

照明光学系１００から射出された光（略白色光）は、光分離光学系１３０に入射する。光分離光学系１３０は、照明光学系１００からの略白色光を光の３原色の色光に光分離する。例えば第１の色光であるＢ光(青色帯域の光)と、第２の色光であるＧ光(緑色帯域の光)と、第３の色光であるＲ光(赤色帯域の光)とに分光する。そして、光分離した各色光を対応する液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）に向かうそれぞれの光路（第１の色光のＢ光路，第２の色光のＧ光路，第３の色光のＲ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー３１により、例えばＢ光は反射され、対応する液晶パネル６０Ｂ（Ｂ光路）に向かう。また、Ｇ光およびＲ光は、ダイクロイックミラー３１を透過し、ダイクロイックミラー３２によりＧ光とＲ光に分離される。ここでは、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して対応する液晶パネル６０Ｇ（Ｇ光路）に向かい、Ｒ光はダイクロイックミラー３２を透過して対応する液晶パネル６０Ｒ（Ｒ光路）に向かう。

光分離光学系１３０の各光路について具体的に述べる。

ダイクロイックミラー３１を反射したＢ光は、反射ミラー３３を反射して、フィールドレンズ２９Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する。

一方、ダイクロイックミラー３１を透過したＧ光およびＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー３２を反射して、フィールドレンズ２９Ｇを通過して、Ｇ光用の液晶パネル６０Ｇに入射する。

また、Ｒ光は、ダイクロイックミラー３２を透過し、リレー光学系１４０に入射する。リレー光学系１４０に入射したＲ光は、フィールドレンズの第１リレーレンズ４１によって、反射ミラー４５を経て、第２リレーレンズ４２の近傍に集光（収束）し、フィールドレンズ２９Ｒに向けて発散する。そして、反射ミラー４６を経てフィールドレンズ２９Ｒに入射し、フィールドレンズ２９Ｒで光軸にほぼ平行とされ、Ｒ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する。

液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）は、光入射側に入射側偏光板（図示せず）を備え、光出射側に出射側偏光板（図示せず）を備える。

各液晶パネル６０は、入射側偏光板により偏光度が高められた光分離光学系１３０から入射するＳ偏光の色光を、駆動回路５７０で駆動されて、図示しないカラー映像信号に応じて変調（光強度変調）し、各色光の例えばＰ偏光の光学像を形成する。そして、Ｐ偏光の各光学像は、出射側偏光板により不要な偏光光成分（ここではＳ偏光光）が除去されてコントラストが高められ、光合成手段としての光合成プリズム８０に入射する。この時、Ｂ光路およびＲ光路では、液晶パネル６０Ｂ，６０Ｒと光合成プリズム８０との間にλ／２波長板７０Ｂ，７０Ｒが設けられている。従って、Ｐ偏光のＢ光およびＲ光の光学像はＳ偏光（光合成プリズム８０のダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像とされて、Ｐ偏光（光合成プリズム８０のダイクロイック膜面に対してＰ偏光）のＧ光の光学像と共に、光合成プリズム８０で効率よく光合成される。

光合成プリズム８０は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）８１ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）８１ｒとが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。そして、３色光の各光学像を合成してカラー映像光（画像光）とする機能を有する。光合成プリズム８０では、一般に、光利用効率の向上の点から、ダイクロイック膜８１（８１ｂ，８１ｒ）の面に対してＧ光をＰ偏光光、Ｒ光とＢ光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成が用いられる。液晶パネル６０からはＰ偏光光が射出されるので、Ｂ光路とＲ光路にはλ／２波長板７０Ｂ，７０Ｒが設けられ、光合成プリズム８０に入射されるＢ光とＲ光はＳ偏光光とされている。光合成プリズム８０の３つの入射面の内、対向する入射面に入射したＢ光とＲ光（ダイでロイック膜面に対してＳ偏光光）は、クロスしたＢ光用のダイクロイック膜８１ｂおよびＲ光用のダイクロイック膜８１ｒでそれぞれ反射され、また、中央の入射面に入射したＧ光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）は直進して、光合成され、出射面から出射する。その後、例えばズームレンズであるような投射レンズ９０によって、スクリーン（図示せず）に投影される。

冷却用ファン５８０は、例えば液晶パネル６０等で光源ユニット１０からの照射光の一部を吸収して生じる熱を、空気の流れ（風）を図示しない冷却用ダクトを介して送風し、液晶パネル６０への流路５８５を形成して冷却する。

なお、リレー光学系１４０は、光源からＢ光用の液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）および光源からＧ光用の液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源からＲ光用の液晶パネル６０Ｒまでの光路長（Ｒ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。

ここで、リレー光学系１４０について少し述べておく。

Ｒ光路上の第１リレーレンズ４１の近傍には、照明光学系１００により第１のアレイレンズ２１の各レンズセル像が重畳した仮想の液晶表示像（図示せず）が結像する。この仮想の液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒにリレー（写像）するのがリレー光学系１４０の目的である。すなわち、リレー光学系１４０の第２リレーレンズ４２は、仮想の液晶表示像をＲ光用の液晶パネル６０Ｒ上に写像する。つまり、仮想の液晶表示像と液晶パネル６０Ｒは、物と像の関係にある。また、リレー光学系１４０のフィールドレンズである第１リレーレンズ４１は、液晶パネル６０Ｒ上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想の液晶表示像を通過した光を第２リレーレンズ４２近傍に集光する。第２リレーレンズ４２近傍には第２のアレイレンズ２２上に形成された、複数のアーク像（２次光源像）が形成される。つまり、第２のアレイレンズ２２と第２リレーレンズ４２は物と像の関係にある。

次に、本実施形態に係わる偏光変換インテグレータの光学構成について図２を用いて説明する。

図２は、本実施形態に係わる偏光変換インテグレータの要部構成の拡大図である。図２（ａ）は偏光変換インテグレータをＸ方向から見た上面図である。図２（ｂ）は偏光変換インテグレータをＹ方向から見た側面図である。図２（ｃ）は図２（ａ）の偏光変換素子の拡大詳細図である。なお、図２において、Ｚ方向は光軸方向に対応しており、Ｘ方向は液晶パネル６０の矩形有効表示領域の短辺に平行な方向に対応しており、Ｙ方向は液晶パネル６０の矩形有効表示領域の長辺に平行な方向に対応している。

図２から明らかなように、オプチカルインテグレータを構成する第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２は、ここでは共に、Ｘ方向に８分割され、Ｙ方向に６分割されている。すなわち、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２は、レンズセルが８行６列のマトリクス状に配列された構成を有している。

また、偏光変換素子２５は、オプチカルインテグレータを構成する第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２によって分割されたそれぞれの光束を２種類の直線偏光光（Ｐ偏光光とＳ偏光光）に分離する偏光分離素子としてのＰＢＳアレイ５８と、このＰＢＳアレイ５８によって分離されたＰ偏光光とＳ偏光光の内、Ｐ偏光光をＳ偏光光に変換する偏光変換手段としての位相差板５４とを含んでなる。

ＰＢＳアレイ５８は、入射光束に対して傾斜して配置され、入射光束を互いに直交する偏光方向を有する２種類の直線偏光光に分離する複数の偏光分離部５２と、偏光分離部５２の間に交互に並行配置され、偏光分離部５２で分離されたいずれか一方の偏光光を反射する複数の反射部５３と、偏光分離部５２と反射部５３が形成された複数の透光性部材５１とを含んでなり、偏光分離部５２と反射部５３が形成された透光性部材５１がアレイ状に配列された偏光分離素子である。

図２を用いて具体的に述べると、ＰＢＳアレイ５８は、液晶パネル６０の短辺に平行な方向であるＸ方向に沿って伸びた平行四辺形柱である硝子（ガラス）などの透光性部材５１が、光軸１０１方向（Ｚ方向）に対して直交する面（ＸＹ平面）内でＹ方向に沿って複数アレイ状に配列され、隣接する透光性部材５１間の界面に交互に偏光分離部（以下、「ＰＢＳ膜」ともいう）５２と反射部５３が形成されたものである。なお、ＰＢＳ膜５２としては誘電体多層膜が用いられ、反射部５３としては誘電体多層膜や金属膜が用いられる。

また、位相差板５４は、ここでは、ＰＢＳアレイ５８（偏光変換素子２５）の光入射側の開口部５５を通り、ＰＢＳ膜５２を透過した光（Ｐ偏光光）が出射する出射面に備えられている。本実施形態においては、位相差板５４として、水晶製の位相差板（水晶位相差板）を用いる。

偏光変換素子２５は、ここでは、光軸１０１と平行四辺形柱の透光性部材５１の延伸方向（Ｘ方向）とで形成される面（光軸１０１を含むＸＺ平面であり、以下、この面を便宜上「光軸面」と称する）Ｓ１０１に対して、対称に構成されている。透光性部材５１の傾きは、光軸面Ｓ１０１に対して図２（ｃ）紙面右側では４５度右上がりで、図２（ｃ）紙面左側では４５度右下がりである。勿論、ＰＢＳ膜と反射部の順序も光軸面Ｓ１０１に対して対称で、光軸面Ｓ１０１に対して図２（ｃ）紙面右側では、光軸１０１から右側に向けてＰＢＳ膜，反射部，ＰＢＳ膜，反射部，…の順序で、光軸面Ｓ１０１に対して図２（ｃ）紙面左側では、光軸１０１から左側に向けてＰＢＳ膜，反射部，ＰＢＳ膜，反射部，…の順序で形成されている。なお、偏光変換素子２５は光軸面Ｓ１０１に対して対称であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、特許文献３，４に記載の偏光変換素子のごとく、全てのＰＢＳ膜，反射部が入射光束に対して同一傾斜を有するものであってもよいことは言うまでもない。

以上のように構成された偏光変換素子２５に、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２を通って光入射側の開口部５５の一つ（例えば開口部５５₆）に光Ｌが入射するものとする。入射した光Ｌのうち、例えばＳ偏光光はＰＢＳ膜５２で反射され、対を成して対向する反射部５３で反射されてＳ偏光光で出射する。また、Ｐ偏光光はＰＢＳ膜５２を透過し、光出射面の位相差板５４によりＳ偏光光に変換されて出射する。このような基本と成る偏光変換部５０が複数（例えば図２では５０₁〜５０₆の６個）構成され、偏光変換素子２５は入射した光の偏光方向を所定偏光方向の光（ここではＳ偏光光）に揃えて出射させる偏光変換機能を有している。なお、符号５６の部材はオプチカルインテグレータからの光束が偏光変換素子２５のＰＢＳ膜５２のみに入射し、反射部５３には入射しないようにするための遮光板である。以下偏光変換部，開口部などを特定する場合には、図２（ｃ）紙面左端側から数えた数字１〜６を添えて示す。

位相差板５４として水晶位相差板を用いる場合、水晶は高価なので、その切り出し方法について十分考慮しておく必要がある。次に、水晶位相差板の水晶基材の切り出し方法について、図３を用いて説明する。

図３は、水晶基材の切り出し方法を説明する概念図である。図３において、所定サイズの水晶ウエハ（例えば７６φの水晶ウエハ）２１０の中央部から、所定の長さの水晶基材２１１が、図３（ａ）に示すように、８本取れたとする。しかし、この切り出し方法では、水晶ウエハ２１０の左右端部は使用されず無駄となるため、取り数が少なく、位相差板が高価なものとなる。そこで、図３（ｂ）に示すように、水晶基材の長さを例えば半分とすれば、水晶ウエハ２１０の図紙面左右端部からも水晶基材を切り出しすることが可能となる。つまり、水晶基材の取り数が多くなり、コストを下げることができることになる。この切り出し方法により切り出された半分の長さの水晶基材２１２で構成された水晶位相差板をその長手方向で繋ぎ合わせた偏光変換素子例が、前記した特許文献４（特開２００７−５８０１８号公報）の図６に記載されている。

しかしながら、特許文献４に開示されている偏光変換素子においては、長手方向で分割された水晶位相差板をＰＢＳアレイに接着剤で固定するようにしている。接着剤は有機製であるため接着力は熱により劣化する。そのため、光源からの強力な光束に晒される偏光変換素子では、ＰＢＳアレイと水晶位相差板との熱膨張率の差による応力で、水晶位相差板が剥離し易いという懸念がある。

そこで、本実施形態の偏光変換素子は、ＰＢＳアレイと長手方向で繋ぎ合わされた２つの水晶位相差板とを支持する支持構造体を備え、該支持構造体は水晶位相差板をそのの繋ぎ合わせ部（繋ぎ目，隣接部分）近傍でＰＢＳアレイに透光性の硝子板（位相差板支持部材）により支持する構造とする。

次に、ＰＢＳアレイと長手方向で繋ぎ合わされた水晶位相差板とが支持構造体に装着された、実施例１による偏光変換素子について、図６を用いて説明する。

図６は、実施例１による支持構造体に装着された偏光変換素子を光出射側から見た概観を模式的に示した斜視図である。

図６から明らかなように、ＰＢＳアレイ５８と長手方向で繋ぎ合わされた（隣接された）２つの水晶位相差板（位相差板構成部材）５４ａとを支持する支持構造体２５０は、略矩形枠状の支持枠２５１と、水晶位相差板５４ａをその繋ぎ目（隣接部分）５４ｂでＰＢＳアレイ（偏光分離素子）５８側に押さえ付ける硝子板（位相差板支持部材）２５２とからなる（支持構造については図４，図５で後述する）。支持枠２５１はここでは耐熱性の樹脂（モールド）から成るとする。支持枠２５１には光が照射されないので耐熱性が問題になる程高温とならず、樹脂を用いることができる。しかし、支持枠２５１の材質はこれに限定されるものではなく、金属（例えばアルミニウム）であってもよい。硝子板２５２はコストの点から白板硝子を用いるものとする。一つの位相差板５４は、その長手方向（すなわち、Ｘ方向）において２分割されており、同じ長さを有する２つの水晶位相差板５４ａが長手方向（Ｘ方向）で繋ぎ合わされて、構成されている。各位相差板５４における２つの水晶位相差板５４ａの長手方向の繋ぎ目（位相差板５４の分割部，隣接部分）５４ｂの位置は同じである。この繋ぎ目５４ｂの位置は、オプチカルインテグレータで分割された光束間の位置に対応するようにしている（理由については図７で後述）。

次に、図７を用いて、ＰＢＳアレイ上におけるランプのアーク像の位置と、水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置と、硝子板の位置との関係について説明する。

図７は、ＰＢＳアレイ上における光分布に硝子板を重ね合わせた図で、水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置と、その繋ぎ目近傍で水晶位相差板を支持する（押圧するなど）硝子板の幅と、オプチカルインテグレータで分割された光束との関係を説明するための図である。

図７のアーク像１１Ａのパターンから明らかなように、アーク像１１Ａとアーク像１１Ａとの間には隙間がある。この隙間はオプチカルインテグレータで分割された光束（オプチカルインテグレータからの複数の光）が通らない部分である。この隙間（オプチカルインテグレータで分割された光束間）に前記した繋ぎ目５４ｂのラインが位置するようにすれば、繋ぎ目部分には光がほとんど入射しないので、繋ぎ目５４ｂによる陰影をなくすことができる。従って、本実施形態では、繋ぎ目５４ｂの位置は、オプチカルインテグレータで分割された光束間の位置に対応するようにしている。

また、本実施例では、位相差板５４が長手方向（Ｘ方向）で２分割されているので、繋ぎ目５４ｂを結ぶラインは光軸１０１を含むＹ軸となる。この場合、次に述べる理由により、益々繋ぎ目により陰影が生じる恐れはないと言える。すなわち、通常、ランプ１１の図示しないアークの長手方向は光軸１０１に沿っており、偏光変換素子２５（ＰＢＳアレイ５８）の開口部５５の長手方向（Ｘ方向）と直交するように配置されるので、図７から明らかなように、ＰＢＳアレイ５８上のアーク像１１Ａにおいて、Ｙ軸（繋ぎ目を結ぶライン）を挟むアーク像１１Ａａは、Ｙ軸方向で光軸１０１から遠ざかる程細長くなり、Ｙ軸と略平行となる。つまり、Ｙ軸を挟むアーク像１１Ａａの間は広がるので、Ｙ軸（繋ぎ目を結ぶライン）上には、光がほとんど入射しないことになる。

位相差板５４を分割部近傍、つまり、２つの水晶位相差板５４ａをその繋ぎ目５４ｂの近傍でＰＢＳアレイ５８側に支持する（押圧するなど）硝子板（位相差板支持部材）２５２のＸ方向（縦方向，幅方向，位相差板の長辺と同じ方向）の端部（位相差板支持部材の長辺）２５２ａの位置も、繋ぎ目５４ｂの位置と同様に、オプチカルインテグレータで分割された光束間（オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分）に対応させれば、その端部２５２ａによる陰影をなくすことができる。すなわち、硝子板２５２の幅（位相差板支持部材の短辺）は、第１のアレイレンズ２１のレンズセルの２つ分に対応している。

オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズに注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成について記載すると以下のようになる。すなわち、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎが偶数である場合には、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分が、アレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあると良い。

例えば、図２におけるように、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２のレンズセルが８行６列のマトリクス状に配列された構成を有している場合には、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは８となり、Ｎ／２＝４，（Ｎ／２）＋１＝５となるので、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分は、アレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向の端から４番目と５番目のレンズセルの間にあると良い。このように構成すると、位相差板構成部材の隣接部分には、オプチカルインテグレータからの複数の光がほとんど入射しないので、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる。

また、偏光変換素子上に形成されるアーク像に注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成について記載すると以下のようになる。すなわち、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎが偶数である場合には、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分が、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあると良い。

例えば、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２のレンズセルが８行６列のマトリクス状に配列された構成を有している場合には、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは８となり、Ｎ／２＝４，（Ｎ／２）＋１＝５となるので、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分は、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、位相差板の長辺と同じ方向の端から４番目と５番目のアーク像の間にあると良い。このように構成すると、位相差板構成部材の隣接部分には、オプチカルインテグレータからの複数の光がほとんど入射しないので、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる。

また、上記した、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズに注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成、及び、偏光変換素子上に形成されるアーク像に注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成は共に、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さは（Ｌ／Ｎ）×２であると良い。このように構成すると、図７に示したように、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像が、位相差板支持部材の長辺にはほとんど入射しないので、位相差板支持部材による陰影をさらになくすことができる。

次に、本実施例による偏光変換素子の支持構造について図４，図５を用いて説明する。

図４は、偏光変換素子の分解斜視図である。図６は、偏光変換素子を支持構造体に装着した熱カシメ前の状態を示す図である。

図４から明らかなように、支持構造体２５０の支持枠２５１は、図紙面横方向（Ｙ方向）の２つの横枠部２５１ａ，２５１ｂと、図紙面縦方向（Ｘ方向）の２つの縦枠部２５１ｃ，２５１ｄとを備え、縦枠部２５１ｃ，２５１ｄの高さは縦方向で熱カシメを行うために横枠部２５１ａ，２５１ｂより高くしてある（詳細は後述）。図紙面の支持枠２５１においては、偏光変換素子２５の光入射側が上側であり、光出射側が下側である。横枠部２５１ａ，２５１ｂには、それぞれ、その中央部を挟んで２つの突起２５４が設けられており、２つの突起２５４の間に硝子板２５２を装着するための凹部２５５が形成されている。また、縦枠部２５１ｃ，２５１ｄには、それぞれ、所定の間隔をおいて複数の突起２５６が設けられており、突起２５６の間に水晶位相差板５４ａを装着するための凹部２５７が所定数設けられている。

このような支持枠２５１に、偏光変換素子を装着する手順は例えば次の通りである。先ず、硝子板２５２を横枠部２５１ａ，２５１ｂの凹部２５５に装着する。そして、硝子板２５２の上に直交して水晶位相差板５４ａを縦方向（Ｘ方向）に装着する。すなわち、２つの水晶位相差板５４ａの内、一方の水晶位相差板５４ａを縦枠部２５１ｃの凹部２５７に装着し、他方の水晶位相差板５４ａを縦枠部２５１ｄの凹部２５７に装着する。

なお、水晶位相差板５４ａを装着する順序は限定されるものではなく、任意でよい。勿論、２つの水晶位相差板５４ａをそれぞれの凹部２５７に位置合わせて挿入することにより、繋ぎ目５４ｂで横方向にずれることなく縦方向で密着するように、支持枠２５１が精度高く形成されていることはいうまでもない。また、硝子板２５２と水晶位相差板５４ａとが浮くことなく密着するように凹部２５５と凹部２５７の高さ位置が適切に設定されていることは言うまでもない。

また、上記説明では、２つの水晶位相差板５４ａをそれぞれ別々に装着するとしたが、２つの水晶位相差板５４ａを接着剤で繋ぎ合わせたものを装着するようにしても良い。接着剤は熱により劣化するが、本実施形態では、２つの水晶位相差板５４ａを繋ぎ目で、硝子板２５２で支持して（押圧するなどして）固定するので、接着剤の劣化は問題となることはない。そして、この水晶位相差板の装着を偏光変換部５０の数に対応する回数分（ここでは、６回）繰り返す。その後、ＰＢＳアレイ５８を載せ、アルミ二ウム製の遮光板５６を載せる。

図５に遮光板５６を載せた状態の偏光変換素子を示す。図５において、縦枠部２５１ｃ，２５１ｄの斜線部は熱カシメ部２５１ｅである。支持枠２５１に硝子板２５２，水晶位相差板５４ａ，ＰＢＳアレイ５８，遮光板５６の順序で積層した図５の状態から、熱カシメ部２５１ｅに図示しない治具を用いて熱を付与して、遮光板５６の上から熱カシメを行う。熱カシメ後の支持構造体２５０に装着された偏光変換素子は、図６（ａ）に示されている。

このように、本実施例は、ＰＢＳアレイ５８と繋ぎ合わされた水晶位相差板とが積層された偏光変換素子を、支持枠２５１と硝子板２５２とにより挟み込む支持構造を採用している。従って、従来のように、ＰＢＳアレイ５８に位相差板５４を固定するために接着剤を用いないで、熱による劣化を低減することができ、位相差板の剥離を抑制することができる。

なお、上記では、一つの位相差板を２分割し、２つの短い水晶位相差板を繋ぎ合わせるものとした。しかし、本発明は一つの位相差板を複数に分割し、複数の短い水晶位相差板を繋ぎ合わせる場合にも適用できる。この場合、硝子板は分割数に応じて板数を増加させても良い。例えば、３分割の場合は、水晶位相差板の分割数である３から１を引いた２枚に増加させても良い。また、板数を増加させず、硝子板の幅（位相差板支持部材の短辺）をより長くすることにより、複数の短い水晶位相差板の隣接部分を支持するようにしても良い。

組み立てる場合は、先ず、図示しない治具を用いて、例えばＵＶ接着剤で複数の短い水晶位相差板を繋ぎ合わせて１本の長い位相差板を形成しておく。そして、水晶位相差板の繋ぎ目位置に対応して横枠部に分割数に応じて増やされた突起間の凹部にそれぞれの硝子板を装着する。その後、ＵＶ接着剤を用いて繋ぎ合わせておいた位相差板を縦枠部の凹部に装着し、その上にＰＢＳアレイと遮光板を順に積層し、熱カシメを行って偏光変換素子を組み上げる。このようにすれば、熱劣化により接着剤の接着力が劣化しても、繋ぎ目位置近傍を硝子板で押し付けているので、水晶位相差板が偏光分離素子から剥離するのを抑えることができる。

上記した実施形態では、図３（ｂ）に示す水晶基材の切り出し方法を本発明に適用したが、図３（ｃ）に示す切り出し方法も本発明に適用することができる。すなわち、図３（ｃ）において、水晶ウエハ２１０の中央部では所定の長さで切り出し、図紙面左右端部では半分の長さで切り出すようにしてもよい。この切り出し方法を適用すれば、水晶ウエハ２１０の中央部では半分に分割する必要がないので、その分、コストを下げることが可能となる。以下、図３（ｃ）に示す切り出し方法を適用した他の実施例（第２の実施例）について説明する。なお、支持構造体に偏光変換素子を装着する手順は上記した実施例１に同じであり、その説明を省略する。

図８は、実施例２による支持構造体に装着された偏光変換素子を光出射側から見た概観斜視図である。

図８において、中央部に配置される水晶製の位相差板５４は分割されてなく、図紙面Ｙ方向端部側に配置される位相差板５４は２分割され、同じ長さを有する２つの水晶位相差板（位相差板構成部材）５４ａが長手方向（Ｘ方向）で繋ぎ合わされて（隣接されて）、構成されている。両端部側の水晶位相差板５４ａの繋ぎ目５４ｂを結ぶラインは、前記した実施例と同様に、光軸１０１を含むＹ軸である。従って、繋ぎ目（隣接部分）５４ｂによる陰影をなくすことができる。

また、硝子板（位相差板支持部材）２５２のＸ方向（幅方向）の端部（位相差板支持部材の長辺）２５２ａの位置も、繋ぎ目５４ｂの位置と同様に、オプチカルインテグレータで分割された光束間（オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分）に対応させて、その端部２５２ａによる陰影をなくすことも前記した実施例１と同じである。

なお、上記では、２分割される位相差板を図８紙面のＹ方向端部側に位置する位相差板としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｙ方向の任意の位置にある位相差板を分割するようにしてもよいことは言うまでもない。例えば、中央部を分割された位相差板とし、端部側の位相差板は分割しないようにしてもよい。

実施例１，２ともにオプチカルインテグレータを構成する第１および第２のアレイレンズの縦方向（Ｘ方向，位相差板の長辺と同じ方向）に配列されたレンズセルの個数を偶数（実施例では８セル）としたが、縦方向のレンズセルの個数が奇数の場合もある（例えば、特開２００７−１７４５９号公報参照）。以下、この場合における本発明を適用した偏光変換素子の実施例（第３の実施例）について、図９を用いて説明する。なお、以下では、Ｙ方向に配列された偏光変換部の数が６個の偏光変換素子に組み合わされる縦方向のレンズセルの個数が奇数個のオプチカルインテグレータの一例として、縦方向（Ｘ方向）のレンズセルの個数が９個で、横方向（Ｙ方向）のレンズセルの個数が６個のものを用いるものとする。

図９は、偏光変換素子の実施例３を示す図である。同図（ａ）は、第１および第２のアレイレンズの縦方向に配列されたレンズセルの個数が奇数の場合におけるＰＢＳアレイ上の光分布に硝子板を重ね合わせた図で、水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置（隣接部分の位置）と、その繋ぎ目近傍で水晶位相差板を支持する（押圧するなど）硝子板の幅（位相差板支持部材の短辺の長さ）と、オプチカルインテグレータで分割された光束（オプチカルインテグレータからの複数の光）との関係を説明するための図である。

同図（ｂ）は、同図（ａ）と同様に、第１および第２のアレイレンズの縦方向に配列されたレンズセルの個数が奇数の場合におけるＰＢＳアレイ上の光分布に硝子板を重ね合わせた図で、水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置（隣接部分の位置）と、その繋ぎ目近傍で水晶位相差板を支持する（押圧するなど）硝子板の幅（位相差板支持部材の短辺の長さ）と、オプチカルインテグレータで分割された光束（オプチカルインテグレータからの複数の光）との関係を説明するための図であるが、位相差板支持部材の短辺の長さが図（ａ）よりも長くなっている。

また、図１０は、実施例３による支持構造体に装着された偏光変換素子を光出射側から見た概観を模式的に示した斜視図である。なお、説明の都合上、オプチカルインテグレータを構成するレンズセルの横方向（Ｙ方向）の並びを行（Ｌ１〜Ｌ９）と呼び、図９の光分布（アーク像パターン）に示すように、各アレイレンズ行（Ｌ１〜Ｌ９）に対応するアーク像行に図紙面上側からＬ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌ９を付すものとする。

縦方向（Ｘ方向）のレンズセルの個数が奇数個の場合、図９に示される光分布（アーク像パターン）から明らかなように、縦方向（Ｘ方向）の中央行（Ｌ５）のレンズセル（図示せず）は光軸を含むＹ軸上に配置され、かつ、第２のアレイレンズの縦方向（Ｘ方向）のレンズセルサイズは光利用効率を考慮して他のレンズセルのサイズに比べ小さくされる（例えば、特開２００７−１７４５９号公報参照）。従って、中央行Ｌ５のレンズセル（図示せず）によるアーク像１１Ｂ（例えば、図紙面左側端列のアーク像１１Ｂａ）は、他行のそれ（例えばアーク像１１Ｂｂ）に比べ縦方向（Ｘ方向）のサイズが小さい。つまり、Ｙ軸の縦方向直ぐ上の、中央行Ｌ５と行Ｌ４のレンズセル間に対応する光が通らない部分が存在する。また、Ｙ軸の縦方向直ぐ下の、中央行Ｌ５と行Ｌ６のレンズセル間にも対応する光が通らない部分が存在する。従って、このラインを、位相差板５４を構成する２つの水晶位相差板（位相差板構成部材）５４ｅ，５４ｆ（後述）の繋ぎ目（隣接部分）５４ｇとすれば、繋ぎ目５４ｇによる陰影を防ぐことができる。ここでは、中央行Ｌ５と行Ｌ４のレンズセル間に対応する部分を繋ぎ目５４ｇのラインとする。

２つの水晶位相差板５４ｅ，５４ｆを繋ぎ目５４ｂ近傍で押さえる硝子板（位相差板支持部材）２５２も縦方向（Ｘ方向）の端部２５２ａは、レンズセルの行間の光が通らない部分（すなわち、オプチカルインテグレータで分割された光束間）に配置すればよいので、本実施例では、一方の端部２５２ａは、中央行Ｌ５と行Ｌ６のレンズセル間に対応する部分に配置し、他方の端部２５２ａは、繋ぎ目５４ｇのラインの上側に位置する行Ｌ４と行Ｌ３のレンズセル間に対応する部分に配置する。このような硝子板２５２の配置により、その端部２５２ａによる陰影の影響をなくすことができる。

図１０に示される本実施例による偏光変換素子２５Ｂは、実施例１と同様に、一つの位相差板５４は、２つの水晶位相差板５４ｅと５４ｆとからなる。しかしながら、ここでは、図９の説明から明らかなように、水晶位相差板５４ｅと５４ｆとの繋ぎ目５４ｇのラインを中央行Ｌ５とＬ４との間の光束間に配置するために、一方の水晶位相差板５４ｅはやや短く、他方の水晶位相差板５４ｆはやや長くされている。また、硝子板２５２の縦方向（Ｘ方向）の端部（位相差板支持部材の長辺）２５２ａは、水晶位相差板５４ｅと５４ｆとの繋ぎ目５４ｇのラインを挟む縦方向（Ｘ方向）の次のレンズセル間に対応するように、その幅が設定されている。

オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズに注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成について記載すると以下のようになる。すなわち、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）が奇数である場合には、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分が、アレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあると良い。

例えば、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２のレンズセルが９行６列のマトリクス状に配列された構成を有している場合には、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は９となり、Ｎ＝８，Ｎ／２＝４，（Ｎ／２）＋１＝５となるので、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分は、アレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向の端から４番目と５番目のレンズセルの間にあると良い。このように構成すると、位相差板構成部材の隣接部分には、オプチカルインテグレータからの複数の光がほとんど入射しないので、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる。

また、偏光変換素子上に形成されるアーク像に注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成について記載すると以下のようになる。すなわち、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）が奇数である場合には、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分が、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあると良い。

例えば、第１のアレイレンズ２１，第２のアレイレンズ２２のレンズセルが９行６列のマトリクス状に配列された構成を有している場合には、位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は９となり、Ｎ＝８，Ｎ／２＝４，（Ｎ／２）＋１＝５となるので、位相差板を光軸方向から見た場合において、位相差板構成部材の隣接部分は、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、位相差板の長辺と同じ方向の端から４番目と５番目のアーク像の間にあると良い。このように構成すると、位相差板構成部材の隣接部分には、オプチカルインテグレータからの複数の光がほとんど入射しないので、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる。

また、上記した、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズに注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成、及び、偏光変換素子上に形成されるアーク像に注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成は共に、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×２であると良い。

このように構成すると、図９（ａ）に示したように、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像のうち、中心付近の４つの大きなアーク像の一部が、位相差板支持部材の長辺に入射するものの、それ以外のアーク像が、位相差板支持部材の長辺にはほとんど入射しないので、位相差板支持部材による陰影をさらになくすことができる。

また、上記した、オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズに注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成、及び、偏光変換素子上に形成されるアーク像に注目して、位相差板構成部材の隣接部分による陰影をなくすことができる構成は共に、前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとした場合における、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×３であると良い。このように構成すると、図９（ｂ）に示したように、光源からの光によって偏光変換素子上に形成される複数のアーク像（中心付近の４つの大きなアーク像を含む）が、位相差板支持部材の長辺にはほとんど入射しないので、位相差板支持部材による陰影をさらになくすことができる。

本実施形態に係わる光学ユニットの光学系の模式構成図。本実施形態に係わる偏光変換インテグレータの要部構成の拡大図。水晶基材の切り出し方法を説明する概念図。実施例１による偏光変換素子の分解斜視図。実施例１による偏光変換素子を支持構造体に装着した熱カシメ前の状態を示す図。実施例１による偏光変換素子を説明する図。水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置と、硝子板の幅と、オプチカルインテグレータで分割された光束との関係を説明する図。実施例２による偏光変換素子を説明する図。実施例３による偏光変換素子を説明する図。水晶位相差板の長手方向での繋ぎ目位置と、硝子板の幅と、オプチカルインテグレータで分割された光束との関係を説明する図。

符号の説明

１０：光源ユニット、１１：ランプ、１１Ａ，１１Ｂ：アーク像、１２：リフレクタ、２１：第１のアレイレンズ、２２：第２のアレイレンズ、２５：偏光変換素子、２７：集光レンズ、２９：フィールドレンズ、３１，３２：ダイクロイックミラー、３３：反射ミラー、４１：第１リレーレンズ、４２：第２リレーレンズ、４５，４６：反射ミラー、５０：偏光変換部、５１：透光性部材、５２：ＰＢＳ膜（偏光分離部）、５３：反射部、５４：位相差板、５４ａ：水晶位相差板（位相差板構成部材）、５４ｂ：繋ぎ目（隣接部分）、５４ｅ，５４ｆ：水晶位相差板（位相差板構成部材）、５４ｇ：繋ぎ目（隣接部分）、５５：開口部、５６：遮光板、５７：開口部、５８：ＰＢＳアレイ（偏光分離素子）、６０：液晶パネル、７０：λ／２波長板、８０：光合成プリズム、８１：ダイクロイック膜、９０：投射レンズ、１００：照明光学系、１０１：光軸、１３０：光分離光学系、１４０：リレー光学系、２１０：水晶ウエハ、２１１，２１２：水晶基材、２５０：支持構造体、２５１：支持枠、２５１ａ，２５１ｂ：横枠部、２５１ｃ，２５１ｄ：縦枠部、２５１e：熱カシメ部、２５２：硝子板（位相差板支持部材）、２５２ａ：硝子板の幅方向の端部（位相差板支持部材の長辺）、２５４：突起、２５５：凹部、２５６：突起、２５７：凹部、５００：光学ユニット、５５０：基体、５６０：電源回路、５７０：駆動回路、５８０：冷却用ファン、５８５：流路

Claims

光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは偶数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記アレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは（Ｌ／Ｎ）×２である、投射型液晶表示装置。
光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数Ｎは偶数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記光源からの光によって前記偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは（Ｌ／Ｎ）×２である、投射型液晶表示装置。
光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記アレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×２である、投射型液晶表示装置。
光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記光源からの光によって前記偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×２である、投射型液晶表示装置。
光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記アレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のレンズセルの間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×３である、投射型液晶表示装置。
光源と、
前記光源からの光を複数の光に分割するオプチカルインテグレータと、
前記オプチカルインテグレータからの光を偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子からの光が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する液晶表示素子と、
前記光学像を拡大して表示する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、
前記オプチカルインテグレータからの複数の光を、互いに直交する偏光方向を有する２種類の偏光光に分離する複数列の偏光分離部と、
前記２種類の偏光光の何れか一方を、偏光方向が直交する他方の偏光光と同じ偏光方向を有する偏光光に変換する複数列の水晶の位相差板と、
前記複数列の偏光分離部及び前記複数列の水晶の位相差板を支持する支持構造体と、を備え、
前記支持構造体は、硝子の位相差板支持部材を含み、
前記複数列の水晶の位相差板の少なくとも１列においては、複数の位相差板構成部材が隣接し、前記位相差板支持部材が前記位相差板構成部材の隣接部分を支持しており、
前記オプチカルインテグレータを構成するアレイレンズにおける、前記位相差板の長辺と同じ方向に配列されたレンズセルの個数（Ｎ＋１）は奇数であり、
前記位相差板を光軸方向から見た場合、前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記光源からの光によって前記偏光変換素子上に形成される複数のアーク像における、前記位相差板の長辺と同じ方向の端からＮ／２番目と（Ｎ／２）＋１番目のアーク像の間にあり、
前記偏光変換素子における、前記位相差板の長辺と同じ方向の長さをＬとすると、前記位相差板支持部材の短辺の長さは｛Ｌ／（Ｎ＋１）｝×３である、投射型液晶表示装置。
前記位相差板構成部材の隣接部分は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分である、請求項１乃至６何れか一に記載の投射型液晶表示装置。
前記位相差板支持部材の長辺は、前記オプチカルインテグレータからの複数の光が通らない部分である、請求項１乃至７何れか一に記載の投射型液晶表示装置。