JP5277821B2 - 偏光変換素子、照明光学系及びプロジェクタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏光変換素子、照明光学系及びプロジェクタ装置に関する。

プロジェクタ装置は、液晶デバイス（ＬＣＤ，ＬＣＯＳ）やＤＭＤ等の表示素子をライトバルブとして用い、その表示画像を投影光学系によりスクリーン等に拡大投影する装置である。このようなプロジェクタ装置においては、消費電力や発熱を抑えるために、光源から出射した照明光をリフレクタで反射させ、このリフレクタにより照明光束の輪郭形状を表示素子と同じ矩形形状としてこの表示素子に照射するように構成された照明光学系を用いた投射型プロジェクタ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８４３６３号公報

ところで、このようなプロジェクタ装置においては、照明光学系から出射した照明光を、偏光ビームスプリッタ等を用いてＰ偏光成分若しくはＳ偏光成分の光にしてから表示素子に照射し、この表示素子で反射した光を、再度偏光ビームスプリッタを通過させ、さらに投影レンズ群で投影するように構成されている。そのため、偏光ビームスプリッタの偏光分離面に入射する照明光のうち、この偏光分離面で反射若しくは透過した光のいずれか一方（Ｐ偏光成分若しくはＳ偏光成分の光）が利用されず照明光の利用効率が低下するという課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、光源からの光の利用効率を向上させる偏光変換素子、この偏光変換素子を用いた照明光学系及びこの照明光学系を用いたプロジェクタ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る偏光変換素子は、第１のプリズムと第２のプリズムと第３のプリズムと第４のプリズムと第５のプリズムとからなり、光が入射する入射面と、この入射面から入射した光のうち、Ｐ偏光成分の光を透過し、Ｓ偏光成分の光を反射する第１の偏光分離面と、第１の偏光分離面を透過したＰ偏光成分の光を射出する第１の射出面と、第１の偏光分離面で反射したＳ偏光成分の光を、Ｐ偏光成分の光の射出方向と略同一方向に反射する第２の偏光分離面と、第２の偏光分離面で反射したＳ偏光成分の光を射出する第２の射出面と、第１の射出面から出射したＰ偏光成分の光、若しくは、第２の射出面から出射したＳ偏光成分の光のいずれか一方を半波長回転させる回転面と、を有して構成され、第１の偏光分離面及び第２の偏光分離面は、入射面に対してなす角度が異なるように配置されたことにより、入射面から入射した略平行光束を、第１の射出面及び第２の射出面からなる射出面から収斂光束として射出させるように構成され、第１のプリズムの２つの面の各々に第２のプリズムと第３のプリズムとが接合され、第２のプリズムと第４のプリズムとが接合され、第３のプリズムと第５のプリズムとが接合され、第１の偏光分離面は、第１のプリズムと第２のプリズムとの接合面と、第1のプリズムと第３のプリズムとの接合面とに形成され、第２の偏光分離面は、第２のプリズムと第４のプリズムとの接合面と、第３のプリズムと第５のプリズムとの接合面とに形成されている。

このような偏光変換素子は、第１の偏光分離面の入射面に対してなす角度をθ１とし、第２の偏光分離面の入射面に対してなす角度をθ２としたとき、次式
θ１ ＜ θ２
の条件を満足することが好ましい。

また、このような偏光変換素子は、第１の偏光分離面の入射面に対してなす角度をθ１とし、第２の偏光分離面の入射面に対してなす角度をθ２としたとき、次式
θ１ ＝ ４５°
θ２ ＞ ４５°
の条件を満足することが好ましい。

さらに、このような偏光変換素子は、入射面、第１の偏光分離面、第２の偏光分離面、第１の射出面及び第２の射出面を有する、第１のプリズムと第２のプリズムと第３のプリズムと第４のプリズムと第５のプリズムとからなる偏光分離素子と、回転面を有する半波長板と、を有することが好ましい。

また、本発明に係る照明光学系は、光源からの光を集光して被照明部材に照射する集光レンズ群と、集光レンズ群と被照明部材との間に配置され、被照明部材に照射される光の偏光方向を揃える上述の偏光変換素子のいずれかと、を有して構成される。

このような照明光学系において、集光レンズ群は、光源からの光の照射領域の輪郭形状が、被照明部材の被照射領域の形状と略同一になるように集光する自由曲面レンズを含むことが好ましい。

また、このような照明光学系は、集光レンズ群と偏光変換素子との間に絞りを有することが好ましい。

また、本発明に係るプロジェクタ装置は、光源と、被照明部材である表示素子と、光源の光を表示素子に照射する上述の照明光学系のいずれかと、偏光分離面を有し、照明光学系を出射して偏光分離面を透過若しくは反射した光を表示素子に照射する偏光ビームスプリッタと、表示素子で反射し、さらに、偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射若しくは透過した光を集光して表示素子の像を投影する投影レンズ群と、を有して構成される。

このようなプロジェクタ装置は、偏光ビームスプリッタと投影レンズ群との間に配置された偏光板をさらに有することが好ましい。

また、このようなプロジェクタ装置において、光源はＬＥＤ光源であることが好ましい。

また、このようなプロジェクタ装置において、表示素子は液晶素子であることが好ましい。

本発明に係る偏光変換素子、照明光学系及びプロジェクタ装置を以上のように構成すると、光源からの光の利用効率を向上させることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて本実施の形態に係るプロジェクタ装置の構成について説明する。このプロジェクタ装置１は、高輝度ＬＥＤ等で構成された、照明光を放射する光源１０を有し、この光源１０から出射した照明光を反射型の表示素子（例えば、ＬＣＯＳ（シリコン基板の上に液晶を形成した反射型の液晶表示パネル））４０に照射する照明光学系２０と、この表示素子４０で反射した光の像を実像として撮像面（スクリーン等）に拡大投影する投影光学系５０とから構成される。

照明光学系２０は、光源１０と表示素子４０との間に設けられ、光源１０側から順に、第１集光レンズ２２及び第２集光レンズ２３からなる集光レンズ群２１と、絞り２４と、偏光分離素子２６及び半波長板２７からなる偏光変換素子２５と、Ｐ偏光成分の光のほとんどが透過し、Ｓ偏光成分の光のほとんどが反射する偏光分離面３０ａを有する偏光ビームスプリッタ３０とが、光軸上にこの順で並んで配置されている。また、投影光学系５０は、照明光学系２０とともに偏光ビームスプリッタ３０を共用し、表示素子４０側から順に、この偏光ビームスプリッタ３０と、偏光板５１と、少なくとも１枚のレンズから構成される投影レンズ群５２とが、この順で光軸上に並んで配置されている。なお、光源１０は、照明光を放射する発光部（例えば、ＬＥＤチップ）１０ａと、透明な部材で構成され、この発光部１０ａを覆って保護するカバー１０ｂとから構成される。また、表示素子４０は、偏光ビームスプリッタ３０に対して、照明光学系２０から出射した照明光のうち、この偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａで反射した光が照射される側に配置されている。

このような構成のプロジェクタ装置１において、光源１０の発光部１０ａから放射された照明光は、集光レンズ群２１で集光されて略平行光束にされた後、絞り２４の開口部を通って偏光変換素子２５に入射し、この偏光変換素子２５によりほとんどがＳ偏光成分で構成される光に変換され、さらに、偏光ビームスプリッタ３０に入射して、この偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａで反射して表示素子４０の表示面に照射される。

本実施の形態に係る表示素子４０は、シリコン基板とガラス基板との間に液晶を介在させた液晶パネル（ＬＣＯＳ）であり、シリコン基板上にはＴＦＴ等のスイッチング素子や電極が画素の各サブピクセルに対応して設けられている。また、シリコン基板の最表面には光を反射させるアルミ層が形成されている。そして、透明電極が形成されたガラス基板との間に介在する液晶層を電気的に駆動して映像を表示させることができる。不図示の駆動回路から入力される映像信号のレベルに基づいて表示素子４０の各画素に設けられた電極への電圧の印加を制御することにより、映像信号のレベルに応じて表示素子４０の各電極に電圧が印加されると、液晶層の液晶分子の配列が変化してこの液晶層が位相板の役目を果たすようになる。その結果、電圧印加状態に応じた映像パターンが表示素子４０に形成され、空間光変調が行われる。

すなわち、表示素子４０のガラス基板側から入射したＳ偏光成分の光はシリコン基板側の反射面（アルミ層）で反射されて再びガラス基板から出射するが、その間に白画素部に入射したＳ偏光成分の光は偏光方向が９０°回転されてＰ偏光成分の光に変調（偏光変換）される。一方、黒画素部に入射したＳ偏光成分の光は偏光状態が変化せず、Ｓ偏光成分のまま出射される。なお、表示素子４０は、カラーフィルタを備えたカラー表示のＬＣＯＳを用いることで、カラー画像の表示が可能になる。

表示素子４０で反射された光は、再び偏光ビームスプリッタ３０に入射する。ここで、表示素子４０の黒画素部を透過したＳ偏光成分の光のほとんどは、偏光分離面３０ａで反射されて光源１０側へと戻る。一方、表示素子４０の白画素部で変調されて出射されたＰ偏光成分の光は偏光分離面３０ａを透過した後、偏光板５１を透過し、投影レンズ群５２により不図示のスクリーンに投影される。その結果、表示素子４０に表示された画像の拡大画像がスクリーン上に投影される。なお、偏光ビームスプリッタ３０の出射面側に設けられた偏光板５１は、偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａで反射されずに透過したＳ偏光成分の光（黒画素部を透過した光）を除去するものであり、これにより、画像の投影に必要のないＳ偏光成分の光が除去され、投影画像のコントラスト比を高くすることができる。

それでは、本実施の形態におけるプロジェクタ装置１の照明光学系２０に用いられる偏光変換素子２５について図２及び図３を用いて説明する。この偏光変換素子２５は、上述のように偏光分離素子２６と、半波長板２７とから構成されている。

偏光分離素子２６は、平面視においてその断面が略直角二等辺三角形状に形成され、直角側の頂点が光源１０側の光軸上に配置され、この直角に対向する辺を形成する面（第１の射出面２６ｃ）が表示素子４０側に配置された第１のプリズム２６１と、平面視における断面が略台形状に形成され、第１のプリズム２６１の直角を挟む辺を形成する２つの面（第１の偏光分離面２６ｂ，２６ｂ）の各々に接合された第２及び第３のプリズム２６２，２６３と、第２及び第３のプリズム２６２，２６３における上記第１の偏光分離面２６ｂを形成する面と対向する面（第２の偏光分離面２６ｄ，２６ｄ）の各々に接合された第４及び第５のプリズム２６４，２６５と、から構成される。なお、第２及び第３のプリズム２６２，２６３の光源１０側の面は、台形断面の平行な辺を形成する面の一方であって、入射面２６ａを構成し、表示素子４０側の面の各々は、他方の面であって、第２の射出面２６ｅ，２６ｅを構成している。すなわち、第１の偏光分離面２６ｂ及び第２の偏光分離面２６ｄは、入射面２６ａに対してなす角度が異なるように配置されている。このとき、入射面２６ａと第１の射出面２６ｃとは、略同一形状に形成され、且つ、光源１０側から見たときに、ほぼ重なるように配置されている。また、第１のプリズム２６１と第２及び第３のプリズム２６２，２６３との間（接合面）、及び、第２及び第３のプリズム２６２，２６３と第４及び第５のプリズム２６４，２６５との間（接合面）にはそれぞれ偏光分離膜が形成されて、上述の第１及び第２の偏光分離面２６ｂ，２６ｄが構成されている。ここで、偏光分離膜は、透過する光のうち、Ｐ偏光成分の光のほとんどを透過し、Ｓ偏光成分の光のほとんどを反射する性質を有するものである。

この偏光分離素子２６に形成された第１及び第２の偏光分離面２６ｂ，２６ｄは、図２に示すように、第１の偏光分離面２６ｂが入射面２６ａに対してなす角度をθ１とし、この第１の偏光分離面２６ｂと対向する第２の偏光分離面２６ｄが入射面２６ａに対してなす角度をθ２としたとき、次の式（１）を満足するように配置されている。

θ１ ＜ θ２ （１）

このような構成の偏光分離素子２６によると、入射面２６ａから入射した照明光のうち、Ｐ偏光成分の光は、第１の偏光分離面２６ｂ，２６ｂを透過して第１の射出面２６ｃから出射し、Ｓ偏光成分の光は、第１の偏光分離面２６ｂ，２６ｂで反射し、さらに、第２の偏光分離面２６ｄ，２６ｄで反射して第２の射出面２６ｅ，２６ｅから出射する。このとき、上述のように、入射面２６ａに対してなす角度は、第１の偏光分離面２６ｂの角度θ１よりも第２の偏光分離面２６ｄの角度θ２の方が大きくなるように配置されているため、第２の射出面２６ｅから出射する照明光（Ｓ偏光成分の光）は、平面視において中心方向（光軸方向）に斜めに射出されることになる。

一方、半波長板２７は、透過する光を半波長回転させる回転面としての機能を有し、偏光分離素子２６の第１の射出面２６ｃと略同一形状で、この第１の射出面２６ｃと略平行に配置されている。そのため、第１の射出面２６ｃを出射したＰ偏光成分の光は、半波長回転されてＳ偏光成分の光に偏光される。半波長板２７をこのように配置することにより、第２の射出面２６ｅ，２６ｅを出射したＳ偏光成分の光とともに、この半波長板２７を出射する光もＳ偏光成分となるため、この偏光変換素子２５を透過した照明光は、そのほとんどがＳ偏光成分で構成される光に変換されることとなる。なお、絞り２４の開口部２４ａは、偏光分離素子２６の入射面２６ａと略同一形状に形成されており、光源１０から出射して集光レンズ群２１で集光された照明光のうち、偏光分離素子２６の入射面２６ａ以外に入射する光を制限するように構成されている。そのため、上述の経路を通らずに出射するＰ偏光成分の光が制限されるので、偏光変換素子２５を出射する照明光に含まれるＰ偏光成分の光を低減させることができ、スクリーンに投影される投影画像のコントラスト比を高くすることができる。

図１及び図２から明らかなように、この偏光変換素子２６から出射する照明光の光束径（左右方向の照明光の幅）は、入射する光束径よりも広くなる。そのため、偏光分離素子２６の第２の射出面２６ｅから出射される照明光を平面視において中心方向（光軸方向）に傾けて出射するように構成することにより、第２の射出面２６ｅから出射されて表示素子４０における表示面（被照明部材における被照射領域であって、画像が表示される領域）４０ａに照射される照明光の照射領域を中心側に狭めることができるため、表示面４０ａの外側に照射される照明光を少なくして、この照明光の利用効率を高めることができる。特に、入射面２６ａに対して第１の偏光分離面２６ｂのなす角度θ１と第２の偏光分離面２６ｄのなす角度θ２とを、次式（２），（３）を満たすようにこれらの面２６ｂ，２６ｄを配置すると、照明光が表示素子４０に照射される領域を第２の偏光分離面２６ｄの入射面２６ａに対するなす角度θ２で調整することができるので、この偏光分離素子２６の製作を容易にすることができる。

θ１ ＝ ４５° （２）
θ２ ＞ ４５° （３）

このように、プロジェクタ装置１を構成する照明光学系２０に偏光変換素子２５を設け、光源１０から出射した照明光をＳ偏光成分とＰ偏光成分の光に分離し、Ｓ偏光成分の光はそのまま出射させ、Ｐ偏光成分の光はＳ偏光成分の光に変換することにより、偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａを透過して表示素子４０に照射されない光を少なくして、照明光の利用効率を高めることができる。これにより、輝度の小さい光源１０を用いても明るい画像を投影することができ、光源１０で消費される電力を少なくすることができる。また、光源１０から放射される光の利用効率を高めることにより、このプロジェクタ装置１の発熱を抑えることができ、このプロジェクタ装置１の小型化が可能となる。さらに、偏光変換素子２５を構成する偏光分離素子２６において、Ｓ偏光成分の光を反射する第１及び第２の偏光分離面２６ｂ，２６ｄの入射面２６ａに対するなす角度θ１，θ２を上述の式（１）若しくは式（２），（３）を満足するように構成することにより、照明光を表示素子４０の表示面４０ａに照射することができるのでさらに照明光の利用効率を高くすることができる。

ここで、表示素子４０の表示面４０ａは略矩形形状をしている。光源１０から放射された照明光を、効率良くこの表示素子４０の表示面４０ａに照射するためには、集光レンズ群２１において、光源１０から円錐状に放射された照明光の輪郭形状を、表示素子４０の表示面４０ａと略同一の輪郭形状で且つ略同一の大きさに変換する必要がある。そのため、このプロジェクタ装置１においては、図４に示すように、集光レンズ群２１を構成する第１及び第２集光レンズ２２，２３のうち、最も光源１０側の面、すなわち、第１集光レンズ２２の光源１０側の面２２ａを、光軸回りの回転角により異なる屈折力（パワー）を有する自由曲面として形成して、この第１集光レンズ２２を自由曲面集光レンズとして構成している。この自由曲面２２ａにより、光源１０から放射された照明光を、照度が均一になるようにするとともに、輪郭形状を表示素子４０の表示面４０ａの輪郭形状と相似となる矩形形状に変換し、集光レンズ群２１の他のレンズ面でさらに集光させて、表示素子４０の表示面と略同一形状・略同一大きさとして照射するように構成されている。

具体的には、光軸を切るとともに、発光部１０ａ、自由曲面２２ａ及び表示素子４０の表示面４０ａと交差する仮想平面を考え、発光部１０ａのうち、この仮想平面と交差する領域から放射された照明光を、自由曲面２２ａのうち、仮想平面と交差する領域で集光し、表示素子４０の表示面４０ａのうち、仮想平面と交差する領域に照明するように他のレンズ面のパワーを考慮して自由曲面２２ａを決定する。そして、この仮想平面を光軸に対して所定の角度ずつ回転させ、各回転角毎に自由曲面２２ａを決定する。この光軸周りの回転角θは、表示素子４０の表示面４０ａの長辺方向をｘ軸とし、短辺方向をｙ軸とし、光軸方向をｚ軸とすると、この表示面４０ａの長辺方向（ｘ軸方向）はθ＝０°となり、短辺方向（ｙ軸方向）はθ＝９０°となる。そして、例えば、長辺と短辺の比が４：３の表示面４０ａを有する表示素子４０の場合、この表示面の対角方向はθ＝３６．８７°となる。

このように、集光レンズ群２１の少なくとも何れかのレンズ面を自由曲面とし、光源１０から円錐状に放射される照明光の輪郭形状を表示素子４０の表示面４０ａと略同一の矩形形状に変換するとともに、照度が均一化するように構成することによっても、光源１０から放射された光の損失を少なくして照明光として利用することができ、輝度の小さい光源１０を用いて、この光源１０で消費される電力を少なくすることができる。さらに、光源１０から放射される光の損失を少なくすることにより、このプロジェクタ装置１の発熱を抑えることができ、このプロジェクタ装置１を小型化することが可能となる。このように、自由曲面２２ａを集光レンズ群２１に設けることにより、集光レンズ群２１の機能うち、自由曲面２２ａには照明光の輪郭形状の変形機能と照度の均一化機能を分担させ、集光機能は集光レンズ群２１の他のレンズ面に分担させることができるので、自由曲面２２ａの設計の自由度を向上させることができるとともに、その設計も容易に行うことができる。また、集光レンズ群２１により照明光の輪郭形状を略矩形形状にすることにより、絞り２４を設けなくても偏光変換素子２５（偏光分離素子２６）の入射面２６ａ内に照明光を入射させることができる。

なお、以上の説明においては、偏光変換素子２５により光源１０から放射された照明光をＳ偏光成分の光に変換する場合について説明したが、照明光をＰ偏光成分の光に変換するように構成することも可能であり、このように構成されたプロジェクタ装置１′について図５及び図６を用いて説明する。ここで、この図５に示すプロジェクタ装置１′は、図１に示すプロジェクタ装置１において、偏光変換素子２５を偏光変換素子２５′とし、また、表示素子４０を、偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａを透過した照明光が照射される位置に配置している点が相違しており、その他の部材は共通である。

このプロジェクタ装置１′に用いられる偏光変換素子２５′は、上述の偏光分離素子２６と、２枚の半波長板２７′，２７′とから構成される。この２枚の半波長板２７′，２７′の各々は、偏光分離素子２６に設けられた２つの第２の射出面２６ｅ，２６ｅの各々と略同一形状で、この第２の射出面２６ｅ，２６ｅと略平行に配置されている。そのため、第１の射出面２６ｃを出射した照明光は、Ｐ偏光成分の光のまま偏光ビームスプリッタ３０に入射し、一方、第２の射出面２６ｅ，２６ｅを出射したＳ偏光成分の光は、半波長板２７′，２７′により半波長回転されてＰ偏光成分の光に偏光される。半波長板２７′，２７′をこのように配置することにより、第１の射出面２６ｃを出射したＰ偏光成分の光とともに、この半波長板２７′，２７′を出射する光もＰ偏光成分となるため、この偏光変換素子２５′を透過した照明光は、そのほとんどがＰ偏光成分で構成される光に変換されることとなる。

偏光変換素子２５′によりＰ偏光成分の光に変換された照明光は、偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａを透過し、表示素子４０の表示面に照射される。ここで、上述のように、表示素子４０の白画素部に入射した光はその偏光方向が９０°回転されるため、白画素部を透過したＰ偏光成分の光はＳ偏光成分の光に変換され、黒画素部を透過したＰ偏光成分の光はそのまま出射される。そして、表示素子４０で反射された光は、再び偏光ビームスプリッタ３０に入射し、表示素子４０の黒画素部を透過したＰ偏光成分の光のほとんどは、偏光分離面３０ａを透過して光源１０側へと戻る。一方、表示素子４０の白画素部で変調されて出射されたＳ偏光成分の光は偏光分離面３０ａで反射された後、偏光板５１を透過し、投影レンズ群５２により不図示のスクリーンに投影される。その結果、表示素子４０に表示された画像の拡大画像がスクリーン上に投影される。なお、このプロジェクタ装置１′において、偏光ビームスプリッタ３０の出射面側に設けられた偏光板５１は、この偏光ビームスプリッタ３０の偏光分離面３０ａで反射されたＰ偏光成分の光（黒画素部を通過した光）を除去するものであり、これにより、画像の投影に必要のないＰ偏光成分の光が除去され、投影画像のコントラスト比を高くすることができる。

また、以上の説明においては、表示素子４０として、反射型の液晶素子であるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を例に説明したが、本発明がこの表示素子に限定されることはなく、反射型の表示素子としてはＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いることもできるし、透過型の液晶素子であるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）に適用することも可能である。

本発明に係るプロジェクタ装置であって、照明光をＳ偏光成分の光に変換するように構成した場合の説明図である。 図１に示すプロジェクタ装置における偏光変換素子の構成を示す説明図である。 図２に示す偏光変換素子のうち、偏光分離素子の側面図であって、（ａ）は光源側から見た場合であり、（ｂ）は表示素子側から見た場合である。 第１集光レンズの構成を示す斜視図である。 本発明に係るプロジェクタ装置であって、照明光をＰ偏光成分の光に変換するように構成した場合の説明図である。 図５に示すプロジェクタ装置における偏光変換素子の構成を示す説明図である。

符号の説明

１，１′ プロジェクタ装置 １０ 光源 ２０ 照明光学系
２１ 集光レンズ群 ２２ 第１集光レンズ（自由曲面レンズ）
２４ 絞り ２５，２５′ 偏光変換素子
２６ 偏光分離素子
２６ａ 入射面 ２６ｂ 第１の偏光分離面 ２６ｃ 第１の射出面
２６ｄ 第２の偏光分離面 ２６ｅ第２の射出面
２７ 半波長板（回転面） ３０ 偏光ビームスプリッタ
４０ 表示素子（被照明部材） ５１ 偏光板 ５２ 投影レンズ群

Claims (11)

1. 第１のプリズムと第２のプリズムと第３のプリズムと第４のプリズムと第５のプリズムとからなり、
   光が入射する入射面と、
   前記入射面から入射した前記光のうち、Ｐ偏光成分の光を透過し、Ｓ偏光成分の光を反射する第１の偏光分離面と、
   前記第１の偏光分離面を透過した前記Ｐ偏光成分の光を射出する第１の射出面と、
   前記第１の偏光分離面で反射した前記Ｓ偏光成分の光を、前記Ｐ偏光成分の光の射出方向と略同一方向に反射する第２の偏光分離面と、
   前記第２の偏光分離面で反射した前記Ｓ偏光成分の光を射出する第２の射出面と、
   前記第１の射出面から出射した前記Ｐ偏光成分の光、若しくは、前記第２の射出面から出射した前記Ｓ偏光成分の光のいずれか一方を半波長回転させる回転面と、を有し、
   前記第１の偏光分離面及び前記第２の偏光分離面は、前記入射面に対してなす角度が異なるように配置されたことにより、前記入射面から入射した略平行光束を、前記第１の射出面及び前記第２の射出面からなる射出面から収斂光束として射出させるように構成され、
   前記第１のプリズムの２つの面の各々に前記第２のプリズムと前記第３のプリズムとが接合され、前記第２のプリズムと前記第４のプリズムとが接合され、前記第３のプリズムと前記第５のプリズムとが接合され、
   前記第１の偏光分離面は、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの接合面と、前記第1のプリズムと前記第３のプリズムとの接合面とに形成され、
   前記第２の偏光分離面は、前記第２のプリズムと前記第４のプリズムとの接合面と、前記第３のプリズムと前記第５のプリズムとの接合面とに形成されている偏光変換素子。
2. 前記第１の偏光分離面の前記入射面に対してなす角度をθ１とし、前記第２の偏光分離面の前記入射面に対してなす角度をθ２としたとき、次式
   θ１ ＜ θ２
   の条件を満足する請求項１に記載の偏光変換素子。
3. 前記第１の偏光分離面の前記入射面に対してなす角度をθ１とし、前記第２の偏光分離面の前記入射面に対してなす角度をθ２としたとき、次式
   θ１ ＝ ４５°
   θ２ ＞ ４５°
   の条件を満足する請求項１または２に記載の偏光変換素子。
4. 前記入射面、前記第１の偏光分離面、前記第２の偏光分離面、前記第１の射出面及び前記第２の射出面を有する、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムと前記第３のプリズムと前記第４のプリズムと前記第５のプリズムとからなる偏光分離素子と、
   前記回転面を有する半波長板と、を有する請求項１〜３いずれか一項に記載の偏光変換素子。
5. 光源からの光を集光して被照明部材に照射する集光レンズ群と、
   前記集光レンズ群と前記被照明部材との間に配置され、前記被照明部材に照射される前記光の偏光方向を揃える請求項１〜４いずれか一項に記載の偏光変換素子と、を有する照明光学系。
6. 前記集光レンズ群は、前記光源からの前記光の照射領域の輪郭形状が、前記被照明部材の被照射領域の形状と略同一になるように集光する自由曲面レンズを含む、請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記集光レンズ群と前記偏光変換素子との間に絞りを有する請求項５または６に記載の照明光学系。
8. 光源と、
   被照明部材である表示素子と、
   前記光源の光を前記表示素子に照射する請求項５〜７いずれか一項に記載の照明光学系と、
   偏光分離面を有し、前記照明光学系を出射して前記偏光分離面を透過若しくは反射した前記光を前記表示素子に照射する偏光ビームスプリッタと、
   前記表示素子で反射し、さらに、前記偏光ビームスプリッタの前記偏光分離面で反射若しくは透過した前記光を集光して前記表示素子の像を投影する投影レンズ群と、を有するプロジェクタ装置。
9. 前記偏光ビームスプリッタと前記投影レンズ群との間に配置された偏光板をさらに有する請求項８に記載のプロジェクタ装置。
10. 前記光源はＬＥＤ光源である請求項８または９に記載のプロジェクタ装置。
11. 前記表示素子は液晶素子である請求項８〜１０いずれか一項に記載のプロジェクタ装置。

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