JP5461826B2 - 偏光変換光学系および液晶投影装置 - Google Patents

Description

本発明は偏光変換光学系および液晶投影装置に関する。

従来、液晶プロジェクタ（液晶投影装置）などに用いる照明光学系では、照明効率を向上するため、照明光の偏光方向を揃える偏光変換光学系が設けられている。
このような偏光変換光学系として、例えば、特許文献１には、光源の前面に複数の偏光分離プリズムを配置した構成が記載されている。
また、特許文献２には、変角プリズム、レンズアレイ、偏光分離プリズムアレイ、および出射側レンズを組み合わせた構成が記載されている。
特開２００２−７９７３１７号公報 特許第３５５５６１０号公報

しかしながら、上記のような従来の偏光変換光学系および液晶投影装置では、以下のような問題がある。
特許文献１、２に記載の技術では、いずれも、並列配置された複数の偏光分離プリズムのうち１つの偏光分離プリズム（以下、第１偏光分離プリズムという）によって、偏光方向が互いに直交する一方の偏光成分を光軸に沿って透過させ、他方の偏光成分を光軸と直交する方向に反射することで偏光分離を行う。そして、この第１偏光分離プリズムに隣接する他の偏光分離プリズム（以下、第２偏光分離プリズムという）によって、第１偏光分離プリズムで反射された偏光成分を光軸に沿う方向に反射し、第２偏光分離プリズムの出射面側に対向して配置された１／２波長板（１／２位相差板）などの偏光変換素子によって偏光方向を９０°回転させることで偏光方向の変換を行い、第１および第２偏光分離プリズムの透過光のいずれか一方を他方と同じ偏光方向に揃えて出射する。
このため、例えば、特許文献１では、このような第１および第２偏光分離プリズムの対を第１偏光分離プリズム同士を隣接させて面対称に配置し、中央に配置された２つの第１偏光分離プリズムの範囲に光束を入射させることで、偏光方向が揃った光束径が略２倍の光束を出射させる。そしてこの光束の照度分布をロッドインテグレータによって均一化して、液晶パネルに照射している。この場合、偏光分離プリズムへの入射光束の光束径が略２倍に拡大されてから液晶パネルに照射されるので、投影スクリーンでの光量を確保するためには、光源を高出力化する必要があるという問題がある。特に、ＬＥＤなどの面発光源を用いる場合には十分な光量を確保できなくなるおそれがある。
また、特許文献２に記載の技術では、同様な第１および第２偏光分離プリズムと偏光変換素子との組を光軸に直交する方向に沿って第１偏光分離プリズム、第２偏光分離プリズムがこの順に交替するように並列配置している。このような偏光変換光学系は、本質的に特許文献１の構成と同じため、原理的に出射光束の光束断面積が入射光束の光束断面積の２倍になる。このため、特許文献２では、偏光分離プリズムアレイに入射する光束を変角プリズムとレンズアレイを用いて集光し、飛び飛びに配置された第１偏光分離プリズムに入射させている。
このため、光源からの光束の光束径と、偏光分離プリズムアレイからの出射側レンズで集光される光束の光束径とを略同等にすることはできるものの、変角プリズム、レンズアレイ、出射側レンズなどの光学系を必要とするため、光量損失が大きく、また構成が複雑で部品点数も増大してしまうという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、光束径を拡大することなく偏光方向の揃った光束を出射することができる簡素な構成の偏光変換光学系および液晶投影装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の偏光変換光学系は、光軸に沿って進む光束を、前記光軸に略直交して配置され、複数の光入射領域に区分された光入射面から入射させる光入射部と、該光入射部の前記光入射面の面積を超えない大きさの光透過面積を有し、前記光入射部に入射された前記光束を透過させる光出射部と、該光出射部の一部である第１部分領域を覆うように対向して配置され、透過光束の偏光方向を９０°変える偏光変換素子と、前記光入射部の光入射面から前記光出射部までの間で、前記複数の光入射領域にそれぞれ入射された前記光束を、偏光方向が互いに直交する第１および第２の偏光成分に分離するとともに、分離された前記第１および第２の偏光成分のうち少なくとも一方を前記光軸に対して斜交する方向に偏向させることにより、前記第１の偏光成分を前記光出射部上の前記第１部分領域から出射させ、前記第２の偏光成分を前記光出射部上で前記第１部分領域の除く部分領域である第２部分領域から出射させる複数の偏光分離面とを備え、該複数の偏光分離面は、前記分離された前記第１および第２の偏光成分のうちのいずれかの偏向方向が、隣接する他の偏光分離面のいずれかにおいて分離された同一偏光成分の偏向方向と異なるとともに、前記第１および第２部分領域の少なくともいずれかの領域で、前記複数の光入射領域のうちの互いに異なる複数の光入射領域に入射した光束から分離された偏向方向が互いに異なる前記第１の偏光成分同士または前記第２の偏光成分同士が共通の透過領域を有するように配置された構成とする。
この発明によれば、光軸に沿って進む光束が、光入射部の光入射面に入射すると、この光束は、光入射面上で区分された複数の光入射領域に対応して、それぞれ配置された複数の偏光分離面によって、偏光方向が互いに直交する第１の偏光成分と第２の偏光成分に分離され、少なくとも一方の偏光成分は、光軸に斜交する方向に偏光される。これにより、第１の偏光成分は、光出射部の第１部分領域に出射され、第１部分領域に対向して配置された偏光変換素子によって、偏光方向が９０°変えられて第２の偏光成分として透過する。
一方、第２の偏光成分は、光出射部の第２部分領域に出射され、偏光方向が変えられることなく第２の偏光成分として透過する。これにより、光入射部に入射された光束が、偏光方向が第２の偏光成分に揃えられた状態で出射される。
また、複数の偏光分離面は、第１および第２部分領域の少なくともいずれかの領域では、複数の光入射領域のうちの互いに異なる複数の光入射領域に入射した光束から分離された第１の偏光成分同士または第２の偏光成分同士が共通の透過領域を有するように配置されているため、光入射部の光入射面を超えない大きさの透過面積を有する光出射部であっても、光入射面に入射された光束をすべて透過させることが可能となる。

本発明の液晶投影装置は、本発明の偏光変換光学系を備える構成とする。
この発明によれば、本発明の偏光変換光学系を備えるため、本発明の偏光変換光学系と同様の作用を備える。

本発明の偏光変換光学系および液晶投影装置によれば、複数の偏光分離面によって、少なくともいずれかの偏光成分を光軸に斜交する方向に偏光して偏光分離を行うとともに、異なる光入射領域から入射された偏光方向が同方向の偏光成分同士のいずれかを光出射部の共通な透過領域から出射させるため、簡素な構成であっても光束径を拡大することなく偏光方向の揃った光束を出射することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る偏光変換光学系を用いた液晶投影装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶投影装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、各図面は模式図のため、寸法関係は誇張されている（以下の図面も同じ）。

図１に示すように、本実施形態の液晶投影装置１００は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長領域を有する照明光束Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂを、それぞれの色に応じて供給される画像信号に応じて、入射光束を空間変調するため液晶画素（液晶セル）の偏光状態が制御される液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂに照射し、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂで空間変調された各色の光束を位置合わせした状態で重ね合わせて不図示のスクリーンに投影する装置であり、例えば、プロジェクションテレビジョン、ビデオプロジェクタなどとして好適となるものである。
液晶投影装置１００の概略構成は、照明部１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ、クロスダイクロプリズム７、および投射レンズ８を備える。なお、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ、照明部１Ｒ、１Ｇ、１Ｂには、不図示の制御部がそれぞれ電気的に接続されており、この制御部によって、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂを画像信号に応じて駆動したり、照明部１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの点灯制御を行ったりできるようになっている。

照明部１Ｒは、Ｒ色の発散光を発生する赤色ＬＥＤ２Ｒと、赤色ＬＥＤ２Ｒで発生された照明光束Ｌ_Ｒを集光する集光レンズ３と、集光レンズ３で集光された照明光束Ｌ_Ｒの照度分布（光強度分布）を均一化するライトトンネル４と、ライトトンネル４を透過して照度分布が均一化された照明光束Ｌ_Ｒの偏光方向を一定に揃える偏光変換素子部５とからなる。
集光レンズ３は、レンズ光軸が赤色ＬＥＤ２Ｒによって発生される発散光の放射中心軸と同軸となるように配置されている。このため、集光レンズ３と赤色ＬＥＤ２Ｒとの距離を変えることで、赤色ＬＥＤ２Ｒの集光状態を可変できるようになっている。

ライトトンネル４としては、例えば、両端が開口された中空管部材の内面に反射面を形成したものや、棒状体の一端面から入射する光が内部で全反射を繰り返して導光されて他端面から出射されるようにしたロッドインテグレータなどを採用することができる。
本実施形態のライトトンネル４は、一例として断面が矩形のロッドインテグレータを採用している。ライトトンネル４の一方の端部である入射端面４ａは集光レンズ３に対向され、他方の端部である出射端面４ｂは偏光変換素子部５に近接させた状態に配置されている。また、ライトトンネル４の中心軸は集光レンズ３のレンズ光軸と同軸に配置されている。
出射端面４ｂは、液晶パネル６Ｒの矩形状の有効画素領域よりもわずかに大きい矩形状に設けられている。例えば、液晶パネル６Ｒの有効画素領域が、長辺幅Ｗ×短辺幅Ｄ（ただし、Ｗ＞Ｄ）の矩形状であるとすると、出射端面４ｂの形状は、長辺幅（Ｗ＋ΔＷ）×短辺幅（Ｄ＋ΔＤ）（ただし、ΔＷ≧０、ΔＤ≧０）である。
このような配置により、赤色ＬＥＤ２Ｒから出射された照明光束Ｌ_Ｒは、集光レンズ３、ライトトンネル４を通して、照度分布が均一化された矩形状の光束とされる。そしてライトトンネル４の出射端面４ｂから出射端面４ｂの中心を通る軸に沿って出射される。この出射端面４ｂから出射される照明光束Ｌ_Ｒの中心軸を照明部１Ｒの光軸Ｐ_Ｒと称する。

照明部１Ｇ、１Ｂは、上記照明部１Ｒの赤色ＬＥＤ２Ｒに代えて、それぞれＧ色の照明光束Ｌ_Ｇ、Ｂ色の照明光束Ｌ_Ｂを発生させる緑色ＬＥＤ２Ｇ、青色ＬＥＤ２Ｂを備えるものである。
それぞれのライトトンネル４の出射端面４ｂから出射される照明光束Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂの中心軸を、それぞれ照明部１Ｇの光軸Ｐ_Ｇ、照明部１Ｂの光軸Ｐ_Ｂと称する。

次に、偏光変換素子部５について説明する。
偏光変換素子部５は、照明部１Ｒ、１Ｇ、１Ｂにそれぞれ設けられているが、各出射端面４ｂ、および光軸Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｇ、Ｐ_Ｂ、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂに対する相対的な位置関係はいずれも同一である。また波長に依存する部分の仕様を光束の波長によって変更することは自明なので、以下の説明では、簡単のため、色を区別する添字Ｒ、Ｇ、Ｂを省略し、照明部１、光軸Ｐ、照明光束Ｌ、液晶パネル６などと称する場合がある。

本実施形態の偏光変換素子部５は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ロションプリズム（Rochon prism）９、セナルモンプリズム（Senarmont prism）１０、および１／２波長板１１を備え、これらが不図示の保持部材に相互に位置決めされた状態で保持されている。
ロションプリズム９およびセナルモンプリズム１０の外形は、それぞれ高さｈ×幅ｗ×厚さｔ／２の直方体状である。これらロションプリズム９およびセナルモンプリズム１０は、厚さ方向に直方体の側面同士を対向させた状態に並列して配置されている。このため、この並列体の外形は、全体として高さｈ×幅ｗ×厚さｔの直方体状になっている。
ここで、幅ｗ、高さｔの寸法は、ｗ×ｔの矩形が、液晶パネル６の有効画素領域のＷ×Ｄの矩形と同じか、もしくはわずかに大きくなる寸法とされる。また、ｗ×ｔの矩形は、ライトトンネル４の出射端面４ｂの（Ｗ＋ΔＷ）×（Ｄ＋ΔＤ）の矩形と同じか、もしくわずかに小さくなる寸法とされる。ただし、幅ｗと厚さｔとの大小関係は、以上に述べた関係を満たすならば、特に限定されない。すなわち、並列体の厚さ方向は、液晶パネル６の長辺方向に向けて配置してもよいし、短辺方向に向けて配置してもよい。

ロションプリズム９およびセナルモンプリズム１０の並列体の高さ方向の一方の端面をそれぞれ入射側プリズム面９ａ、１０ａ、また、他方の端面をそれぞれ出射側プリズム面９ｃ、１０ｃと称すると、入射側プリズム面９ａ、１０ａは、光軸Ｐに沿う方向から見て、ライトトンネル４の出射端面４ｂと重なる範囲において、出射端面４ｂに近接して対向する位置に配置されている。
このため、ロションプリズム９およびセナルモンプリズム１０の並列体は、光軸Ｐが入射側プリズム面９ａ、１０ａのなす矩形、および出射側プリズム面９ｃ、１０ｃのなす矩形の略中心を通るように配置されている。

ロションプリズム９は、例えば方解石などの一軸結晶で形成された同一角度の頂角を有する２つのプリズムを互いの光学軸が直交する位置関係に接合させて、全体として直方体状に形成したものである。これにより、図２（ｂ）に示すように、入射側プリズム面９ａと出射側プリズム面９ｃとの間には、高さ方向に沿う厚さ方向の断面において、高さ方向に対して傾斜するプリズム接合面である偏光分離面９ｂが形成されている。偏光分離面９ｂの傾斜方向は、入射側プリズム面９ａ側のプリズムの鋭角の頂角がセナルモンプリズム１０との対向面側に位置する向きとされている。
このような構成により、ロションプリズム９の偏光分離面９ｂは、入射側プリズム面９ａから光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうちの偏光分離面９ｂに対するＰ偏光成分であるＰ偏光光束Ｌ_Ｐ２を出射側プリズム面９ｃに向かって直進させるとともに、偏光分離面９ｂに対するＳ偏光成分であるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２を光軸Ｐに斜交してセナルモンプリズム１０側に近づく方向に偏向させる偏光分離素子を構成している。

セナルモンプリズム１０は、例えば、入射側プリズム面１０ａ側がガラス製、出射側プリズム面１０ｃ側が方解石などの一軸結晶の材質で形成された同一角度の頂角を有する２つのプリズムを、空気間隔を設けて近接配置させて、全体として直方体状に形成したものである。これにより、図２（ｂ）に示すように、入射側プリズム面１０ａと出射側プリズム面１０ｃとの間には、高さ方向に沿う厚さ方向の断面において、高さ方向に対して傾斜する一軸結晶のプリズム面からなる偏光分離面１０ｂが形成されている。偏光分離面１０ｂの傾斜方向は、入射側プリズム面１０ａ側のプリズムの鋭角の頂角がロションプリズム９との対向面側に位置する向きとされている。
このような構成により、セナルモンプリズム１０の偏光分離面１０ｂは、入射側プリズム面１０ａから光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうちの偏光分離面１０ｂに対するＳ偏光成分であるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ１を出射側プリズム面１０ｃに向かって直進させるとともに、偏光分離面１０ｂに対するＰ偏光成分であるＰ偏光光束Ｌ_Ｐ１を光軸Ｐに斜交してロションプリズム９側に近づく方向に偏向させる偏光分離素子を構成している。

偏光分離面９ｂ、１０ｂにおけるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２、Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ１の偏向方向は、本実施形態では、光軸Ｐを通るロションプリズム９、セナルモンプリズム１０の対向面に対して面対称となるように設定されている。

１／２波長板１１は、板厚方向に透過する光束の偏光方向を９０°変えるもので、本実施形態では、出射側プリズム面１０ｃから直進して入射するＳ偏光光束Ｌ_Ｓ１と、出射側プリズム面９ｃから斜め方向に入射するＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２とを、それぞれＰ偏光光束Ｌ_Ｐ３、Ｌ_Ｐ４に変換するものである。
なお、１／２波長板１１は、透過する光束の波長に合わせて作製される。

１／２波長板１１の形状は、ｗ×ｔ／２の矩形状とされ、光軸Ｐから見て出射側プリズム面１０ｃと重なる位置で、液晶パネル６と近接する位置に配置されている。
１／２波長板１１の出射側プリズム面１０ｃに対向する面を入射面１１ａ、液晶パネル６に対向する面を出射面１１ｂと称すると、入射面１１ａと出射側プリズム面１０ｃとは光軸Ｐに沿う方向に離間され、出射面１１ｂは、出射側プリズム面１０ｃから距離Ｈだけ離間された位置に配置されている。
ここで、距離Ｈは、１／２波長板１１の板厚以上の寸法であり、かつロションプリズム９の出射側プリズム面９ｃから出射されるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２の出射角度に応じて、Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ２が１／２波長板１１を透過することができる距離に設定される。

液晶パネル６は、その有効画素領域が、光軸Ｐから見て出射側プリズム面９ｃ、１０ｃの外形がなすｗ×ｔの矩形と重なる位置、かつ光軸Ｐに沿う方向で１／２波長板１１の出射面１１ｂに近接する位置に配置されている。
これにより、１／２波長板１１の出射面１１ｂ（第１部分領域Ｓ_１と称する）を透過するＰ偏光光束Ｌ_Ｐ３、Ｌ_Ｐ４、および出射側プリズム面９ｃに対向する位置とともに出射面１１ｂと同一平面上で隣接する位置のｗ×ｔ／２の矩形状の第２部分領域Ｓ_２を通過するＰ偏光光束Ｌ_Ｐ１、Ｌ_Ｐ２によって、有効画素領域が照明されるようになっている。
本実施形態の第１部分領域Ｓ_１と第２部分領域Ｓ_２とは、入射側プリズム面９ａ、１０ａに入射された照明光束Ｌを偏光変換素子部５から光束を透過させる光出射部を構成しており、入射側プリズム面９ａ、１０ａの合計の面積と同一の光透過面積を有している。

クロスダイクロプリズム７は、４つの三角プリズムを貼り合わせて接合面に入射光束の波長に応じた波長分離面を形成した直方体状の光合成素子である。本実施形態では、図１に示すように、三方の側面に設けられた入射プリズム面７ｒ、７ｇ、７ｂから入射されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色の光束を合成して、入射プリズム面７ｇに対向された出射プリズム面７ａから出射する構成としている。
入射プリズム面７ｒ、７ｇ、７ｂの近傍には、出射プリズム面７ａからの光学的な距離が等しくなる位置に、それぞれ液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂが配置されている。
このため、本実施形態の光軸Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｇ、Ｐ_Ｂは、それぞれ、入射プリズム面７ｒ、７ｇ、７ｂの法線方向に沿って配置されている。また、出射プリズム面７ａから出射される合成光束の光軸は、光軸Ｐ_Ｇと同軸とされている。

投射レンズ８は、クロスダイクロプリズム７によって合成された液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの表示画面の画像を不図示のスクリーンに拡大投影する投影光学系である。投射レンズ８は、クロスダイクロプリズム７の出射プリズム面７ａに対向し、レンズ光軸が光軸Ｐ_Ｇと同軸となる位置に配置されている。

次に、液晶投影装置１００の動作について、偏光変換素子部５の作用を中心に説明する。上記と同様に、光束の色に関係しない機能について説明する場合には、誤解のおそれがない限り符号の添字Ｒ、Ｇ、Ｂを省略する場合がある。
図１に示すように、赤色ＬＥＤ２Ｒで発生された照明光束Ｌ_Ｒは、集光レンズ３で集光されて、ライトトンネル４の入射端面４ａに入射する。
照明光束Ｌ_Ｒは、ライトトンネル４で内部反射されることで、偏光方向および断面内の照度分布が均一化された照明光束Ｌ（図２（ｂ）参照）として、光軸Ｐ_Ｒに沿って出射端面４ｂから出射される。
図２（ｂ）に示すように、出射端面４ｂに対して、偏光変換素子部５の入射側プリズム面９ａ、１０ａが近接して対向されているため、出射端面４ｂから出射された照明光束Ｌは、入射側プリズム面９ａ、１０ａによって２つに区画された領域を光入射領域として、偏光変換素子部５に入射する。

入射側プリズム面１０ａに入射した照明光束Ｌは偏光分離面１０ｂに到達すると、直進して出射側プリズム面１０ｃから出射されるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ１と、光軸Ｐに斜交する方向に偏向されてロションプリズム９側に向かって進み出射側プリズム面１０ｃから出射されるＰ偏光光束Ｌ_Ｐ１とに偏光分離される。
Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ１は、出射側プリズム面１０ｃから出射された後、１／２波長板１１の入射面１１ａに入射し、偏光方向が９０°変えられた状態のＰ偏光光束Ｌ_Ｐ３として、第１部分領域Ｓ_１である出射面１１ｂから液晶パネル６に向けて出射される。
Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ１は、出射側プリズム面１０ｃから出射された後、距離Ｈの空間を斜めに進み、第２部分領域Ｓ_２を通って液晶パネル６に向けて出射される。

入射側プリズム面９ａに入射した照明光束Ｌは偏光分離面９ｂに到達すると、直進して出射側プリズム面９ｃから出射されるＰ偏光光束Ｌ_Ｐ２と、光軸Ｐに斜交する方向に偏向されてセナルモンプリズム１０側に向かって進み出射側プリズム面９ｃから出射されるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２とに偏光分離される。
Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ２は、出射側プリズム面９ｃから出射された後、距離Ｈの空間を直進し、第２部分領域Ｓ_２を通って液晶パネル６に向けて出射される。
Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ２は、出射側プリズム面９ｃから出射された後、空間を斜めに進んで１／２波長板１１の入射面１１ａに入射し、偏光方向が９０°変えられた状態のＰ偏光光束Ｌ_Ｐ４として、第１部分領域Ｓ_１である出射面１１ｂから液晶パネル６に向けて出射される。
このように、本実施形態では、第１部分領域Ｓ_１は、異なる光入射領域である入射側プリズム面９ａ、１０ａに入射された照明光束ＬのＳ偏光成分同士の共通の透過領域になっている。また、第２部分領域Ｓ_２は、異なる光入射領域である入射側プリズム面９ａ、１０ａに入射された照明光束ＬのＰ偏光成分同士の共通の透過領域になっている。

このようにして、入射側プリズム面９ａ、１０ａに入射された照明光束Ｌは、偏光方向がＰ偏光に変換されたＰ偏光光束Ｌ_Ｐ１、Ｌ_Ｐ２、Ｌ_Ｐ３、Ｌ_Ｐ４として、液晶パネル６に入射する。
照明光束Ｌは、平行光ではないため、入射側プリズム面９ａ、１０ａに対する入射角によっては、１／２波長板１１に入射しないＳ偏光や１／２波長板１１に入射してＳ偏光に変換されるＰ偏光もわずかに発生する可能性もあるが、例えば、偏光分離面９ｂ、１０ｂの傾斜角や配置位置、および第１部分領域Ｓ_１、第２部分領域Ｓ_２の配置位置を適宜に設定することにより、照明光束Ｌの大部分がＰ偏光に変換されるようにすることができる。

液晶パネル６では、液晶画素に印加する制御電圧を画像信号に応じて変化させて、液晶画素の偏光状態を変化させ、Ｐ偏光の透過量を制御する。照明光束Ｌは偏光変換素子部５によって大部分がＰ偏光に変換されて液晶パネル６に入射するため良好な消光比が得られる。また、照明光束Ｌの大部分がＰ偏光として用いられるので、光利用効率を向上することができる。

このようにして、液晶パネル６Ｒを透過した照明光束Ｌ_Ｒは液晶パネル６Ｒによって空間変調された光束として、クロスダイクロプリズム７の入射プリズム面７ｒに入射される。
同様にして、照明部１Ｇ、１Ｂの緑色ＬＥＤ２Ｇ、青色ＬＥＤ２Ｂで発生された照明光束Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂは、それぞれ液晶パネル６Ｇ、６Ｂによって空間変調された光束として、クロスダイクロプリズム７の入射プリズム面７ｇ、７ｂに入射される。

クロスダイクロプリズム７に入射された各色の光束は、それぞれの画素配置が位置合わせされた状態で合成され、出射プリズム面７ａから出射される。
クロスダイクロプリズム７によって合成された光束は、投射レンズ８を透過して、不図示のスクリーンに拡大投影される。これにより、スクリーン上に、液晶パネル６Ｒ、６Ｇ、６Ｂに印加された画像信号に応じたフルカラー画像が投影される。

本実施形態の液晶投影装置１００によれば、偏光変換素子部５が、Ｓ偏光成分を直進させるとともにＰ偏光成分を斜め方向に分離するセナルモンプリズム１０の偏光分離面１０ｂと、Ｐ偏光成分を直進させるとともにＳ偏光成分を斜め方向に分離するロションプリズム９の偏光分離面９ｂとの組み合わせによって形成されている。これにより、入射側プリズム面１０ａ、９ａに入射された照明光束Ｌを、偏光方向に応じて第１部分領域Ｓ_１と第２部分領域Ｓ_２に偏光分離し、第１部分領域Ｓ_１に分離されたＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換することで、ほとんど光量損失することなく、照明光束Ｌの偏光方向を揃えることができる。
また、このように、第１部分領域Ｓ_１と第２部分領域Ｓ_２とが、異なる光入射領域からの入射光の同一の偏光成分同士を、共通な透過領域から出射させるため、入射側プリズム面９ａ、１０ａの合計の面積と、第１部分領域Ｓ_１および第２部分領域Ｓ_２の合計の面積が等しく、かつ照度分布が均等になるようにすることができる。

このため、偏光変換素子部５では、照明光束Ｌの光束径を拡大することなく偏光方向の揃った光束を出射することができる。また、光束径が拡大してしまう従来の偏光変換光学系において、光束径を縮小しなければならない場合に必要となる集光レンズなどの部材を省略することができるので、簡素な構成とすることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る偏光変換光学系について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な斜視図である。図４（ａ）は、図３におけるｙ方向視の正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
なお、図中に示すｘｙｚ直角座標系は、相対的な方向参照の便宜のために、各図に共通する位置関係に描いたものである。ｚ軸は光軸Ｐに沿う軸であり、液晶投影装置１００においては、ライトトンネル４から液晶パネル６に向かう方向が正方向である。ｘｙ平面は、ｚ軸に直交する平面であり、ｘ軸は上記第１の実施形態の偏光変換素子部５の厚さｔの方向に一致されている。ｘ軸の正方向は、上記第１の実施形態の偏光変換素子部５のロションプリズム９からセナルモンプリズム１０に向かう方向である。
このようなｘｙｚ直角座標系の配置の下では、偏光変換素子部５におけるＳ偏光の偏光方向はｙ軸方向に対応し、Ｐ偏光の偏光方向は、ｘ軸方向に対応している。以下では、ｙ軸方向の偏光方向を単にｙ方向偏光、ｘ軸方向の偏光を単にｘ方向偏光と称する。ｙ方向偏光とｘ方向偏光とは、偏光方向が互いに直交している。

図１に示すように、本実施形態の偏光変換素子部１５は、上記第１の実施形態の液晶投影装置１００の偏光変換素子部５に置き換えて用いることができるものである。偏光変換素子部１５は、上記第１の実施形態の偏光プリズムに代えて、偏光ホログラムを用いて構成された偏光変換光学系の例である。
図３、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光変換素子部１５は、偏光ホログラム素子１６、および１／２波長板１７を備え、これらが不図示の保持部材に相互に位置決めされた状態で保持されている。

偏光ホログラム素子１６は、ｙ軸方向幅がｗ、ｘ軸方向幅がｔ、ｚ軸方向幅がｈとされた直方体状のガラス部材のうち、ｗ×ｔの寸法を有する一方の端面（図示ｚ軸負方向側）をそれぞれｗ／２×ｔ／２の大きさの４つの光入射領域に区分して、それぞれの領域に偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを形成したものである。
これらのｘｙ平面における位置関係は、偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂがそれぞれｙ軸正方向側、ｙ軸負方向側に配置され、偏光ホログラム面１６ａに対してｘ軸正方向側に隣接して偏光ホログラム面１６ｄが配置され、偏光ホログラム面１６ｂに対してｘ軸正方向側に隣接して偏光ホログラム面１６ｃが配置されている。
以下では、偏光ホログラム素子１６において、ｗ×ｔの寸法を有する他方の端面（図示ｚ軸正方向側）において、それぞれ偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄに対向する領域を、出射領域１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄと称する。

偏光ホログラム面１６ａは、ｚ軸負方向側から光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうち、偏光方向がｙ方向のｙ方向偏光光束Ｌ_ｙａを直進させて、出射領域１６Ａから出射させるとともに、偏光方向がｘ方向のｘ方向偏光光束Ｌ_ｘａを、ｙｚ平面内でｙ軸正方向側からｙ軸負方向側に向かって光軸Ｐに斜交する方向に偏向させて、出射領域１６Ｂまたは出射領域１６Ａから出射させるものである。

また、偏光ホログラム面１６ｂは、ｚ軸負方向側から光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうち、偏光方向がｘ方向のｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｂを直進させて、出射領域１６Ｂから出射させるとともに、偏光方向がｙ方向のｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｂを、ｚｘ平面内でｘ軸負方向側からｘ軸正方向側に向かって光軸Ｐに斜交する方向に偏向させて、出射領域１６Ｃまたは出射領域１６Ｂから出射させるものである。

また、偏光ホログラム面１６ｃは、ｚ軸負方向側から光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうち、偏光方向がｙ方向のｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｃを直進させて、出射領域１６Ｃから出射させるとともに、偏光方向がｘ方向のｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｃを、ｙｚ平面内でｙ軸負方向側からｙ軸正方向側に向かって光軸Ｐに斜交する方向に偏向させて、出射領域１６Ｄまたは出射領域１６Ｃから出射させるものである。

また、偏光ホログラム面１６ｄ、ｚ軸負方向側から光軸Ｐに沿って入射する照明光束Ｌのうち、偏光方向がｘ方向のｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｄを直進させて、出射領域１６Ｄから出射させるとともに、偏光方向がｙ方向のｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｄを、ｚｘ平面内でｘ軸正方向側からｘ軸負方向側に向かって光軸Ｐに斜交する方向に偏向させて、出射領域１６Ａまたは出射領域１６Ｄから出射させるものである。

これら偏光ホログラム面における偏向角度は、照明光束Ｌの波長に応じてそれぞれ以下のように設定される。
出射領域１６Ａに対してｚ軸方向に沿って距離Ｈだけ離れて対向する矩形領域である第１部分領域Ｓ_１ａには、ｙ方向偏光光束Ｌ_ｙａおよびｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｄが到達するように設定される。
また、出射領域１６Ｂに対してｚ軸方向に沿って距離Ｈだけ離れて対向する矩形領域である第２部分領域Ｓ_２ｂには、ｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｂおよびｘ方向偏光光束Ｌ_ｘａが到達するように設定される。
また、出射領域１６Ｃに対してｚ軸方向に沿って距離Ｈだけ離れて対向する矩形領域である第１部分領域Ｓ_１ｃには、ｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｃおよびｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｂが到達するように設定される。
また、出射領域１６Ｄに対してｚ軸方向に沿って距離Ｈだけ離れて対向する矩形領域である第２部分領域Ｓ_２ｄには、ｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｄおよびｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｃが到達するように設定される。
ただし、距離Ｈは、後述する１／２波長板１７の板厚以上の寸法である。
また、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃ、第２部分領域Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄは、それぞれｗ／２×ｔ／２の寸法を有する矩形領域であり、これらを合わせて偏光変換素子部１５の光出射部が構成されている。

１／２波長板１７は、板厚方向に透過する光束の偏光方向を９０°変えるもので、本実施形態では、ｗ／２×ｔ／２の矩形板状とされている。そして、１／２波長板１７は、入射面１７ａが偏光ホログラム素子１６の出射領域１６Ａ、１６Ｃにそれぞれ対向し、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃに出射面１７ｂが一致するような位置関係に、２枚の１／２波長板１７がそれぞれ配置されている。

次に、偏光変換素子部１５の作用について説明する。
液晶投影装置１００の偏光変換素子部５に代えて偏光変換素子部１５を配置すると、照明光束Ｌは、ライトトンネル４によって偏光方向および断面内の照度分布が均一化された照明光束Ｌとして、光軸Ｐに沿って出射端面４ｂから出射される。
例えば、図４（ａ）に示すように、偏光ホログラム面１６ｂに照明光束Ｌが入射すると、偏光ホログラム面１６ｂによって、出射領域１６Ｂに向かって直進して、第２部分領域Ｓ_２ｂに到達するｘ方向偏光光束Ｌ_ｘａと、ｚｘ平面内でｘ軸負方向側からｘ軸正方向側に向かって光軸Ｐに斜交する方向に偏向されて第１部分領域Ｓ_１ｃに到達するｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｂとに偏光分離される。
同様に、各偏光ホログラム面において、それぞれ上記に説明した固有の方向に偏光分離が行われる。

このため、第１部分領域Ｓ_１ａには、偏光ホログラム面１６ａからｙ方向偏光光束Ｌ_ｙａが、偏光ホログラム面１６ｄからｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｄがそれぞれ到達し、第１部分領域Ｓ_１ａに配置された１／２波長板１７によって、いずれもｘ方向偏光に変換されて、出射面１７ｂから液晶パネル６に向かって出射される。
また、第１部分領域Ｓ_１ｃには、偏光ホログラム面１６ｃからｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｃが、偏光ホログラム面１６ｂからｙ方向偏光光束Ｌ_ｙｂがそれぞれ到達し、第１部分領域Ｓ_１ｃに配置された１／２波長板１７によって、いずれもｘ方向偏光に変換されて、出射面１７ｂから液晶パネル６に向かって出射される。
また、第２部分領域Ｓ_２ｂには、偏光ホログラム面１６ｂからｘ方向偏光光束Ｌ_ｙｂが、偏光ホログラム面１６ａからｘ方向偏光光束Ｌ_ｘａがそれぞれ到達し、いずれもｘ方向偏光のままで、第２部分領域Ｓ_２ｂから液晶パネル６に向かって出射される。
また、第２部分領域Ｓ_２ｄには、偏光ホログラム面１６ｄからｘ方向偏光光束Ｌ_ｙｄが、偏光ホログラム面１６ｃからｘ方向偏光光束Ｌ_ｘｃがそれぞれ到達し、いずれもｘ方向偏光のままで、第２部分領域Ｓ_２ｄから液晶パネル６に向かって出射される。

本実施形態の偏光変換素子部１５によれば、偏光変換素子部１５が、偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄを備えることで、これらによって４つの光入射領域に区分されるとともに、照明光束Ｌが偏光方向に応じて、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃと、第２部分領域Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄに偏光分離される。そして、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃに分離されたｙ方向偏光成分をｘ方向偏光成分に変換することで、ほとんど光量損失することなく、照明光束Ｌの偏光方向を揃えることができる。
また、このように、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃと第２部分領域Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄとが、異なる光入射領域からの入射光の同一の偏光成分同士を、共通な透過領域から出射させるため、偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの合計の面積と、第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃおよび第２部分領域Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄの合計の面積が等しく、かつ照度分布が均等になるようにすることができる。

このため、偏光変換素子部１５では、照明光束Ｌの光束径を拡大することなく偏光方向の揃った光束を出射することができる。このため、光束径が拡大してしまう従来の偏光変換光学系において、光束径を縮小しなければならない場合に必要となる集光レンズなどの部材を省略することができるので、簡素な構成とすることができる。
また、偏光ホログラム素子１６は、４つの偏光分離面が一体化されているため、複数のプリズムを組み合わせて構成された偏光変換素子部５に比べてより簡素な構成となっている。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る偏光変換光学系について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態の偏光変換素子部２５は、上記第１の実施形態の液晶投影装置１００の偏光変換素子部５に置き換えて用いることができるものである。偏光変換素子部２５は、ブレーズ化グレーティング（ブレーズドグレーティング）を備える偏光変換光学系の例である。
図５に示すように、偏光変換素子部２５は、上記第１の実施形態の偏光変換素子部５に、１対のブレーズ化グレーティング２１を追加したものである。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

ブレーズ化グレーティング２１は、基板部２１ａ上に、基板部２１ａの表面を底辺として角度θだけ傾斜された傾斜面２１ｃを有する三角形断面が、一定ピッチで繰り返される鋸歯状の格子溝部２１ｂが形成された透過型の回折格子である。

一方のブレーズ化グレーティング２１は、出射側プリズム面１０ｃと１／２波長板１１との間において出射側プリズム面１０ｃを覆う位置に、光軸Ｐに対して角度αをなすように傾斜して配置されている。そして、格子溝部２１ｂの断面形状は、出射側プリズム面９ｃから出射されるＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２が、光軸Ｐに沿う方向に最も高い回折効率で回折されるとともに、出射側プリズム面１０ｃから直進するＳ偏光光束Ｌ_Ｓ１が、回折作用をほとんど受けることなく略直進するように設定する。
例えば、Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ２のブレーズ化グレーティング２１の法線Ｎに対する入射角φを０°に近い浅い角度とし、角度θは光軸Ｐに略直交するように（９０°−α）に近い角度とすることで、このような条件に設定することが容易となる。

もう一方のブレーズ化グレーティング２１は、出射側プリズム面９ｃと第２部分領域Ｓ_２との間において出射側プリズム面９ｃを覆う位置に、一方のブレーズ化グレーティング２１と、光軸Ｐを含むロションプリズム９とセナルモンプリズム１０との対向面に関して面対称となる位置関係に配置されている。すなわち、出射側プリズム面１０ｃから出射されるＰ偏光光束Ｌ_Ｐ１が、光軸Ｐに沿う方向に最も高い回折効率で回折されるとともに、出射側プリズム面９ｃから直進するＰ偏光光束Ｌ_Ｐ２が、回折作用をほとんど受けることなく略直進するように配置される。

偏光変換素子部２５によれば、１対のブレーズ化グレーティング２１を備えることで、Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ１およびＰ偏光光束Ｌ_Ｐ２は、ブレーズ化グレーティング２１による回折作用をほとんど受けることなく、略直進してこれらのブレーズ化グレーティング２１を透過して、第１部分領域Ｓ_１および第２部分領域Ｓ_２に到達する。
また、Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ１およびＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２は、それぞれブレーズ化グレーティング２１によって、光軸Ｐに光軸に沿う方向に回折されて、第１部分領域Ｓ_１および第２部分領域Ｓ_２に到達する。
ここで、Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ１およびＳ偏光光束Ｌ_Ｓ２は、平行光束ではないので、入射角φはバラツキがあるが、ブレーズ化グレーティング２１によって回折作用を受けて、光軸Ｐに近づく方向に偏向されるので、ブレーズ化グレーティング２１がない場合に比べて、光軸Ｐに対する傾斜角が浅い光束として、第１部分領域Ｓ_１および第２部分領域Ｓ_２に到達することになる。

第１部分領域Ｓ_１に到達したＳ偏光光束Ｌ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２は、上記第１の実施形態の偏光変換素子部５と同様に、１／２波長板１１によってＰ偏光に変換されるため、偏光変換素子部２５からは偏光方向がＰ偏光に揃えられた照明光束Ｌを液晶パネル６に入射させることができる。
その際、液晶パネル６に入射する照明光束Ｌは、上記第１の実施形態の偏光変換素子部５に比べて、入射角のバラツキがより狭い範囲にばらつくことになる。このため、投射レンズ８の開口角に入らずに光量損失となる成分が低減されるので光利用効率が向上され、より明るい画像をスクリーンに投影することができる。

なお、上記の説明では、偏光変換素子部５、１５、２５の光入射領域が、それぞれ２つ、４つ、２つに区分された場合の例で説明したが、区分数はより大きくてもよい。例えば、偏光変換素子部５、１５、２５と同様な構成を１単位として、これらを２個以上隣接配置した構成とすれば、光入射領域の区分数はいくらでも増やすことができる。

また、上記の説明では、１／２波長板１１、１７を第１部分領域Ｓ_１、Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃに配置して、Ｓ偏光あるいはｙ方向偏光を、Ｐ偏光あるいはｘ方向偏光に変換する場合の例で説明したが、第２部分領域Ｓ_２、Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄに配置して、Ｐ偏光あるいはｘ方向偏光を、Ｓ偏光あるいはｙ方向偏光に変換する構成としてもよい。

また、上記の説明では、光入射部を構成する光入射領域の全面積と、第１および第２部分領域で構成される光出射部の全面積が等しい場合の例で説明したが、液晶パネル６の有効画素領域の大きさによっては、光出射部の面積が光入射部の面積より小さくなる設定としてもよい。例えば、偏光ホログラムを用いる場合にはこのような構成が容易に実現される。

また、上記の説明では、偏光分離面が、一方の偏光成分を直進させ、他方の偏光成分を斜め方向に偏向することにより、偏光分離を行う場合の例で説明したが、偏光分離面は、２つの偏光成分を、異なる角度で光軸に斜交する方向に偏向することにより、偏光分離する構成としてもよい。この場合、複数の光入射領域と第１および第２部分領域とは、同じ大きさに区分され、同じ数だけ設けられている場合であっても、光軸に沿って対向する方向に互いに正対する配置としなくてもよい。

また、上記の説明では、すべての第１部分領域および第２部分領域において、異なる光入射領域から入射した同一の偏光成分の光束が透過する場合の例で説明したが、第１部分領域および第２部分領域は、少なくとも１つの部分領域で、異なる光入射領域からの偏光成分の共通の透過領域となっているだけでもよい。
例えば、上記第２の実施形態の偏光変換素子部１５において、偏光ホログラム面１６ａに代えてｙ方向偏光を直進させ、ｘ方向偏光を出射領域１６Ｄ側に偏光分離する偏光ホログラム面を設け、偏光ホログラム面１６ｄに代えてｘ方向偏光を直進させ、ｙ方向偏光を出射領域１６Ｃ側に偏光分離する偏光ホログラム面を設ける。この場合、やはり第１部分領域Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃにｙ方向偏光が到達し、第２部分領域Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄにｘ方向偏光が到達するが、第１部分領域Ｓ_１ａ、第２部分領域Ｓ_２ｂには、それぞれ１つの光入射領域から偏光分離された光束しか到達しないため、共通の透過領域にはなっていないことになる。この場合でも、光束径を偏光することなく偏光方向を揃えることができている。

また、本明細書に説明されたすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。例えば、ブレーズ化グレーティング２１を、偏光ホログラム素子を用いた構成に追加してもよい。

ここで、上記実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
照明光束Ｌ、Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂは光束に対応する。入射側プリズム面９ａ、１０ａは、光入射領域、光入射面、光入射部の一実施形態である。偏光ホログラム面１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは、光入射領域、光入射面、光入射部および偏光分離面の一実施形態である。第１部分領域Ｓ_１、Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃ、第２部分領域Ｓ_２、Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄは、光出射部の一実施形態である。１／２波長板１１、１７は、偏光変換素子の一実施形態である。Ｓ偏光光束Ｌ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２、ｙ方向偏光光束Ｌ_ｙａ、Ｌ_ｙｂ、Ｌ_ｙｃ、Ｌ_ｙｄは第１の偏光成分の一実施形態である。Ｐ偏光光束Ｌ_Ｐ１、Ｌ_Ｐ２、ｘ方向偏光光束Ｌ_ｘａ、Ｌ_ｘｂ、Ｌ_ｘｃ、Ｌ_ｘｄは、第２の偏光成分の一実施形態である。偏光変換素子部５、１５、２５は、偏光変換光学系の一実施形態である。セナルモンプリズム１０は、第１プリズムの一実施形態である。ロションプリズム９は、第２プリズムの一実施形態である。

本発明の第１の実施形態に係る液晶投影装置の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な平面図、およびそのＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な斜視図である。 図３におけるｙ方向視の正面図、およびそのＢ−Ｂ断面図 本発明の第３の実施形態に係る偏光変換光学系の模式的な拡大断面図である。

符号の説明

１、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ 照明部
２Ｒ 赤色ＬＥＤ
２Ｇ 緑色ＬＥＤ
２Ｂ 青色ＬＥＤ
３ 集光レンズ
４ ライトトンネル
４ｂ 出射端面
５、１５、２５ 偏光変換素子部
６、６Ｒ、６Ｇ、６ｂ 液晶パネル
７ クロスダイクロプリズム
８ 投射レンズ
９ ロションプリズム（第２プリズム）
９ａ、１０ａ 入射側プリズム面（光入射領域、光入射面、光入射部）
９ｂ、１０ｂ 偏光分離面
９ｃ、１０ｃ 出射側プリズム面
１０ セナルモンプリズム（第１プリズム）
１１、１７ １／２波長板（偏光変換素子）
１１ｂ、１７ｂ 出射面
１６ 偏光ホログラム素子
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 偏光ホログラム面（光入射領域、光入射面、光入射部、偏光分離面）
２１ ブレーズ化グレーティング
１００ 液晶投影装置
Ｌ、Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｂ 照明光束（光束）
Ｌ_Ｐ１、Ｌ_Ｐ２、Ｌ_Ｐ３、Ｌ_Ｐ４ Ｐ偏光光束（第２の偏光成分）
Ｌ_Ｓ１、Ｌ_Ｓ２ Ｓ偏光光束（第１の偏光成分）
Ｌ_ｘａ、Ｌ_ｘｂ、Ｌ_ｘｃ、Ｌ_ｘｄ ｘ方向偏光光束（第２の偏光成分）
Ｌ_ｙａ、Ｌ_ｙｂ、Ｌ_ｙｃ、Ｌ_ｙｄ ｙ方向偏光光束（第１の偏光成分）
Ｐ、Ｐ_Ｒ、Ｐ_Ｇ、Ｐ_Ｂ 光軸
Ｓ_１、Ｓ_１ａ、Ｓ_１ｃ 第１部分領域（光出射部）
Ｓ_２、Ｓ_２ｂ、Ｓ_２ｄ 第２部分領域（光出射部）

Claims (5)

1. 光軸に沿って進む光束を、前記光軸に略直交して配置され、複数の光入射領域に区分された光入射面から入射させる光入射部と、
   該光入射部の前記光入射面の面積を超えない大きさの光透過面積を有し、前記光入射部に入射された前記光束を透過させる光出射部と、
   該光出射部の一部である第１部分領域を覆うように対向して配置され、透過光束の偏光方向を９０°変える偏光変換素子と、
   前記光入射部の光入射面から前記光出射部までの間で、前記複数の光入射領域にそれぞれ入射された前記光束を、偏光方向が互いに直交する第１および第２の偏光成分に分離するとともに、分離された前記第１および第２の偏光成分のうち少なくとも一方を前記光軸に対して斜交する方向に偏向させることにより、前記第１の偏光成分を前記光出射部上の前記第１部分領域から出射させ、前記第２の偏光成分を前記光出射部上で前記第１部分領域の除く部分領域である第２部分領域から出射させる複数の偏光分離面とを備え、
   該複数の偏光分離面は、
   前記分離された前記第１および第２の偏光成分のうちのいずれかの偏向方向が、隣接する他の偏光分離面のいずれかにおいて分離された同一偏光成分の偏向方向と異なるとともに、
   前記第１および第２部分領域の少なくともいずれかの領域で、前記複数の光入射領域のうちの互いに異なる複数の光入射領域に入射した光束から分離された偏向方向が互いに異なる前記第１の偏光成分同士または前記第２の偏光成分同士が共通の透過領域を有するように配置されたことを特徴とする偏光変換光学系。
2. 前記偏光分離面は、偏光ホログラムによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光学系。
3. 前記偏光分離面は、前記第１の偏光成分を直進させるとともに前記第２の偏光成分を斜め方向に分離する第１プリズムのプリズム面と、前記第２の偏光成分を直進させるとともに前記第１の偏光成分を斜め方向に分離する第２プリズムのプリズム面との組み合わせによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光学系。
4. 前記光出射部から出射される前記光束を略一定方向の出射方向に揃えるために、偏光成分に応じて、透過方向を変更するブレーズ化グレーティングを、前記光出射部に対向する位置に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏光変換光学系。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の偏光変換光学系を備えることを特徴とする液晶投影装置。

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