TW528888B - Optical reflection polarizer and projector comprising the same - Google Patents

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Yoshitaka Ito
Hidefumi Sakata
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Seiko Epson Corp
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Description

528888
發明所屬技術領域 晉於有關於顯示影像之投影機，尤其係有關於配 ，夜θθ表置之光入射面側及/或光射出面側之偏光元 習知技術 ^投影機使用含有液晶裝置（液晶面板）之液晶燈泡。一 般在液晶裝置之光入射面側及光射出面側配置偏光元件。 偏光$件具有令既定之偏光光透射而除去別的光之功能。 ^ 投影機之偏光元件一般使用光吸收型偏光板。這種偏 光板例如使用由含有碘或染料分子之薄膜一軸延伸而形成 之偏光板。此外，光吸收型偏光板具有消光比比較高、y入 射角相依性比較小，但是耐光性及耐熱性差之特點: 可是’近年來要求投影機提高影像之亮度或小型化， 發展光源裝置之高功率化或液晶裝置之小型化等。因而， 射入偏光板之光之光·束量變大，光束密度變大。換言之， 射入偏光板之每單位面積之光強度變大。 於是’射入偏光板之每單位面積之光強度變大時，作 用於偏光板之熱負載增加。這係由於光吸收型偏光板藉著 吸收不要之光而除去，所吸收之光被轉換為熱。因此，在 使用光吸收型偏光板之情況，因耐光性及耐熱性差，有難 長期保持偏光板之特性之問題。因而，投影機有無法長期 穩定顯示對比高、亮之影像之問題。
2061-37Q2-PF(分割案）·_ 第4頁 528888 五、發明說明（2) 發明要解決之課題 本發明係為解決在羽4 # 於提供一種〜插讲」在白知技術之上述課題的，Α _ 種投衫機，藉著今傯亦-从的其目的在 问可穩定的顯示對比高 =耐光性或耐熱 儿之衫像之投影機。 解決課題之方式 為解決上述課題之至少一 係投影機，包括· #、搭壯=^刀，本發明之第一種聲詈 匕枯·先源裝置；電光學奘罟 煙衣置 源裝置之光；-偏氺分止 、 碉變來自該光 入蚪二/丨偏先兀件，各自配置於該電井與扭里 入射面側及朵私ψ & w , 尤子I置之弁 *與"射出面側；以及投影光學系統，將來自ΐί 先學裝置之光投影；其特徵在於：該二偏=该電 少一者係構造雙折射型偏光板。 中之至 光板二射型偏光板也有稱為形狀雙折射型偏 光板或形恶雙折射型偏光板等之情況。 本投影機使用型構造雙折射型偏光板。構造雙折射型 偏光板因幾乎不吸收光，耐光性及耐熱性比較高。因此， 藉著增大光源裝置之光輸出功率或將電光學裝置小型化， 在射入偏光元件之每單位面積之光強度變大之情況，投影 機也可穩定顯示對比高、亮之影像。 此外，在無偏向之光射入設於電光學裝置之光入射面 側之偏光元件之情況，作用於光入射面側之偏光元件之熱 負載比作用於光出射面側之偏光元件之熱負载大。在這種 情況，在電光學裝置之至少光入射面側設置構造雙折射型 偏光板即可。
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第5頁 528888 五、發明說明（3) 又，在既 側之偏光元件 負載比作用於 情況，在電光 偏光板即可。 在上述裝 光板也可。 因線狀柵 雙折射型偏光 又，在上 括：透明結晶 沿著既定方向 因透明結 雙折射型偏光 板例如可使用 在上述裝 照明該電光學 於是，若 對於入射光之 折射型偏光板 在上述裝 軸約4 5度之傾 若照這樣 偏光板之光之 定之偏光光射入設於 之情況，作用於光出 光入射面側之偏光元 學裝置之至少光出射 電光學裝置之光出射面 射面側之偏光元件之熱 件之熱負載大。在這種 面側設置構造雙折射型 置，該構造雙折射型偏光板係線狀柵格型偏 格型偏 板。 述裝置 基板； 週期性 晶基板 板因吸 藍寶石 置，也 裝置之 將構造 微細構 之光學 置，該 斜角度 做，在 情況， 光板之構造簡單，可容易的製造構造 ，也可 及微細 形成。 之導熱 收光而 基板或 可使得 光之中 雙折射 造體之 特性提 構造雙 配置也 電光學 因構造 使得該 構造體 係數比 發生之 水晶基 該構造 心軸傾 型偏光 間距實 南。 折射型 -口〇 裝置利 雙折射 構造雙折射型偏光板包 ’在遠透明結晶基板上 較高，可迅速散出構造 熱。此外，透明結晶基 板。 雙折射型偏光板配置成 斜。 板配置成傾斜，因可使 質上變小，可令構造雙 偏光板以相對於該中心 用透射了構造雙折射型 型偏光板所反射之不要
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第6頁 528888 五、發明說明（4) 之光朝相對於 的光學元件無 雙折射型偏光 或者，在 分割成複數區 對於照明該電 若照這樣 情況，也可使 裝置之光入射 區域之^^部分 和電光 在 中之至 若 偏光板 相對於 件無不 之光之 在 側配置 構 長相依 相依性 板，因 學裝置 上述裝 少一部 照這樣 之光之 該中心 良影響 有效利 上述裝 光吸收 造雙折 性比較 或波長 可補償 該中心 不良影 板所反 上述裝 域，該 光學裝 做，在 構造雙 面垂直 和照明 之光入 置，該 分配置 做，在 情況， 軸約9 0 。或者 用，也 置，還 型偏光 射型偏 大。而 相依性 構造雙 軸約9 0 響。又 射之光 置，也 複數區 置之光 將構造 折射型 之方向 電光學 射面平 構造雙 成相對 電光學 因構造 度之方 ，若考 可使這 在該構 板較好 光板之 光吸收 比較小 折射型 度之方向射出’不要之光對別 ’在電光學裝置也可利用構造 〇 可使得該構造雙折射型偏光板 域之中之至少一部分配置成相 之中心軸傾斜。 雙折射型偏光板配置成傾斜之 偏光板之厚度（即在和電光學 之尺寸）比較小。此外，複數 裝置之光之中心軸正交（即， 行）也可。 折射型偏光板之該複數區域之 於該中心軸傾斜45度。 裝置利用透射了構造雙折射型 雙折射型偏光板所反射之光朝 向射出，這種光對別的光學元 慮構造雙折射型偏光板所反射 種光回到光源裝置後再利用。 造雙折射型偏光板之光射出面 〇 光學特性之入射角相依性或波 型偏光板之光學特性之入射角 。因此，若併用光吸收型偏光 偏光板之入射角相依性或波長
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第7頁 528888 五、發明說明（5) 相依性’可得到耐光性及耐熱性優異而且光學特性優異之 偏光元件。此外，在光學上將構造雙折射型偏光板和光吸 收型偏光板之一體化也可。若照這樣做，可令在兩者之界 面發生之光損失降低。光吸收型偏光板例如可使用由含有 蛾或染料分子之材料構成之偏光板。 在上述叙置’在該光吸收型偏光板之光射出面側配置 透明結晶基板，該透明結晶基板和該光吸收型偏光板密接 較好。 若以和具有比較大之導熱係數之透明結晶基板密接之 狀態設置光吸收型偏光板，因易散出光吸收型偏光板因光 吸收而發生之熱，可令降低在光吸收型偏光板發生之熱所 引起之構造雙折射型偏光板及光吸收型偏光板本身之光學 特性之劣化。 或者’在上述裝置，還在該構造雙折射型偏光板之光 射出面側配置光反射型偏光板也可。 此外’光反射型偏光板係由具有雙折射性之薄膜和不 具有雙折射性之薄膜交互的積層複數層而成之層狀偏光板 也可。
於是，替代光吸收型偏光板，併用光反射型偏光板， 也因可補償構造雙折射型偏光板之入射角相依性或波長相 依性’可得到耐光性及耐熱性優異而且光學特性優異之偏 光元件。 本發明之第二種裝置係投影機，包括：光源裝置；電 光予展置’调變來自该光源裝置之光；二偏光元件，各自
2061-37〇2-PF(分割案）.ptd 第8頁 528888 五、發明說明（6) 配置於該電光學裝置之光入射面側及光射出面側；以及投 影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影；其特徵在 於：該二偏光元件之中之至少一者包括：第一稜鏡，具有 以非平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反射型 偏光板，配置於該第一棱鏡之光射出面側；該光反射型偏 光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏光方向不同之2種 偏光光後，令第一種偏光光透射而且令第二偏光光反射； 該第一稜鏡之該光入射面和該光射出面之夾角設成被該光 反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光光被 该光入射面全反射。
本 件。本 局。因 置小型 情況， 又 第二偏 將本光 出面側 光學裝 此 射面和 化，而 在 投影機 偏光元 此，藉 化，在 投影機 ’若使 光光不 反射型 之情況 置之光 外，本 光射出 且可將 上述裝 使用具有 件因幾乎 著增大光 射入偏光 也可穩定 用本偏光 會自稜鏡 偏光元件 ’因光不 射出面， 偏光元件 面之夾角 投影機小 置，該第 光反射型偏 不吸收光， 源裝置之光 元件之每單 顯示對比高 元件，被光 之光入射面 配置於投影 會自光反射 可防止電光 具備稜鏡， 設成比較小 型化。 财光性 輸出功 位面積 、亮之 反射型 向外部 機之電 型偏光 學裝置 但是因 ’可將 光反射 及耐熱 率或將 之光強 影像。 偏光板 射出。 光學裝 元件之 誤動作 可將稜 偏光元 型偏光元 性比較 電光學裝 度變大之 所反射之 因此，在 置之光射 側射入電 〇 鏡之光入 件小型
稜鏡配置成由該光入射面和該光
528888 五 、發明說明（7) 射出面形成之相交線和該電光學裝置之長方形之顯示區域 之長邊大致平行較好。 若照這樣做’因可將偏光元件更小型化，可將投影機 更小楚化。 在上述裝置’和由該第一稜鏡之該光入射面和該光射 出面形成之頂角相向之相向面設成被該光入射面全反射之 該第二偏光光大致垂直的射入該相向面較好。 若照這樣做’因可令射入相向面之光之大部分自相向 面射出’可令被相向面反射後再射入光反射型偏光板之光 降低很多。 在上述裝置’該第一稜鏡用光彈性係數約 1 n m / c m / 1 Ο5 P a以下之材料形成較好。 若使用光彈性係數比較小之材料形成棱鏡，因光通過 稜鏡中時偏光狀態幾乎不變，偏光元件可發揮優異之光學 特性。 此外’在上述裝置’具備第二稜鏡較好，配置於該光 反射型偏光板之光射出面側’透射了該光反射型偏光板之 該第一偏光光射入。 若照這樣做，藉著適當的設定第二稜鏡之折射率或第 二棱鏡之光入射面和光射出面之失角，可控制自偏光元件 射出之光之行進方向。因而，可提高配置其他光學元件時 之自由度。此外，若將第二稜鏡之形狀及折射率設為和第 一稜鏡的相同，可得到透射光之行進方向幾乎不變之偏光 元件。
2061-3702-PF(分割案）.ptd
528888
在上述裝置，該第一及第二稜鏡之中之 彈性係數約lnm/cm/105Pa以不之材料形成較好^者用光 之>tiiff，如經由該第二稜鏡射出之該第-偏光光 ϊΐΐ: 第一稜鏡之光之行進方向大致-致般 構成該第二稜鏡較好。 若照這樣做，因可令射入偏光元件之光和自偏光元件 j出之光之行進方向大致一致，可容易的構作使用別的光 ，兀件之光學系統。在此，為了令行進方向一致，例如將 第一稜鏡之折射率設為和第一稜鏡之折射率大致相同、將 第二稜鏡之光入射面和第一棱鏡之光射出面設為大致平 行、將第二稜鏡之光射出面和第一棱鏡之光入射面設為大 致平行即可。 在上述裝置，在該光反射型偏光板之光射出面側配置 光吸收型偏光板較好。 若照這樣做，因光吸收型偏光板可補償光反射型偏光 板之入射角相依性或波長相依性，可得到耐光性及耐熱性 優異而且光學特性優異之偏光元件。此外，在偏光元件具 備第二稜鏡之情況，光吸收型偏光板配置於第二稜鏡之光 入射面側也可，配置於光射出面側也可。 在上述裝置，該光反射型偏光板係構造雙折射型偏光 板也可。 構造雙折射型偏光板係幾乎不吸收光之光反射型偏光 板’财光性及耐熱性比較高。因此，在射入偏光板之每單 位面積之光強度變大之情況，也可得到穩定的發揮高光學
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第11頁 528888 五、發明說明（9) 特性之光反射型偏光元件。此外，構造雙折射型偏光板例 如可使用線狀柵格型偏光板。 在上述裝置，該構造雙折射型偏光板具備沿著既定方 向週期性形成之微細構造體；該既定方向係和由該第一稜 鏡配置之該光入射面與該光射出面形成之相交線大致正交 之方向較好。 若照這樣做，因構造雙折射型偏光板配置成相對於照 明電光學裝置之光之中心軸傾斜，可使對於入射光之微細 構造體之間距實質上變小，結果可令構造雙折射型偏光板 之光學特性提高。 在上述裝置，該光反射型偏光板係由具有雙折射性之 薄膜和不具有雙折射性之薄膜交互的積層複數層而成之層 狀偏光板也可。 於是’若光反射型偏光板使用層狀偏光板，可使入射 角相依性或波長相依性變成比較小。
本發明之第三種裝置係投影機，包括：光源裝置；電 光學裝置’調變來自該光源裝置之光；二偏光元件，各自 配置於該電光學裝置之光入射面側及光射出面側；以及投 影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影；其特徵在 於：該二偏光元件之中之至少一者具備各自包括如下構件 之複數部分偏光元件：第一稜鏡，具有以非平行之狀態相 向之光入射面及光射出面；及光反射型偏光板，配置於該 第一稜鏡之光射出面側；該複數部分偏光元件連接成各自 之遠弟一稜鏡之該光入射面配置於大致同一面内；在該各
528888 五、發明說明（10) #分偏光元件中，該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出 之光分離成偏光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光 光透射而且令第二偏光光反射；該第一稜鏡之該光入射面 和s亥光射出面之夾角設成被該光反射型偏光板反射後回到 該第一稜鏡内之該第二偏光光被該光入射面全反射。 在本偏光元件，因將在該第二種裝置之偏光元件用作 部分偏光元件，具有和第二種裝置一樣之作用·效果。
又’和使用一個在該第二種裝置之偏光元件之情況相比， 因可使各部分偏光元件之厚度變小，偏光元件可小型化。 又’藉著將本偏光元件應用於投影機，和該第二種裝置之 投影機相比’具有投影機可小型化之優點。 本發明之第四種裝置係偏光元件，包括：第一稜鏡， 具有以非平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反 射型偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側；其特徵在 於：該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏 光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第二偏光光反射；該第一稜鏡之該光入射面和該光射出面 之夾角設成被該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内 之遠弟一偏光光被該光入射面全反射。
.本偏光元件因和在第二種裝置使用之偏光元件相同， 具有相同之作用·效果。 本發明之第五種裝置係偏光元件，其特徵在於：具備 各自包括如下構件之複數部分偏光元件：第一稜鏡，具有 以非平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反射型
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第13頁 528888 五、發明說明（11) 偏光板，配置於該一稜鏡之光射出面側；該複數部分偏 光元件連接成各自之該一棱鏡之該光入射面配置於大致 同一面内；在該各部分偏光元件中，該光反射型偏光板將 自該一稜鏡射出之光分離成偏光方向不同之2種偏光光 後’令一種偏光光透射而且令二偏光光反射；該 一 棱鎬：之該光入射面和該光射出面之夾角設成被該光反射型 偏光板反射後回到該一稜鏡内之該二偏光光被該光入 射面全反射。 本偏光元件因和在 三種裝置使用之偏光元件相同， 具有相同之作用·效果。 圖式簡單說明 圖1係在平面上看實施例1之投影機P j 1之主要部分之 概略構造圖。 圖2係表示圖1之構造雙折射型偏光板20 0之各種例子 之說明圖。 圖3係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 0 0 A之概略剖面圖。
圖4係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 0 Ο B之概略剖面圖。 圖5係和光反射型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 0 Ο E之概略剖面圖。 圖6係圖5之光反射型偏光板25 〇之構造剖面圖。 圖7係在平面上看實施例2之投影機pj2之主要部分之
528888 五、發明說明（12) 概略構造圖 圖8係在平面上看實施例3之投影機pj3之主要部分 概略構造圖 之 圖 圖9係表示圖8之構造雙折射型偏光板之變形例之 說明 圖1 0係在平面上看實施例4之投影機pj4之主要部分 概略構造圖。 圖1 1係表示在實施例5之第一光反射型偏光元件1之 - 略構造之剖面圖。 圖1 2係用以說明稜鏡1 〇之頂角α之設定值之說明圖。 圖1 3係表示圖丨丨之偏光元件1之變形例之說明圖。 圖14係表示在實施例5之第二光反射型偏光元件2之概 略構造之剖面圖。 圖1 5係表示在實施例5之第三光反射型偏光元件3之概 略構造之剖面圖。 圖1 6係表示在實施例5之第四光反射型偏光元件4之概 略構造之剖面圖。 圖1 7係表示在實施例5之第五光反射型偏光元件5之概 略構造之剖面圖。 圖18係在平面上看實施例5之投影機PJ5之主要部分之® 概略構造圖。 圖1 9係表示配置於圖丨8之液晶裝置3 〇 〇之光射出面侧 之光反射型偏光元件3，之配置方法之說明圖。
2061-37Q2-PF(分割案）.ptd 第15頁 528888 五、發明說明（13) 符號說明 1、1 、2、3、3’ 、4〜光反射型偏光元件； 5a、5b〜二部分偏光元件；1〇、1〇，、4〇〜稜鏡 20〜光反射型偏光板； 30〜光吸收型偏光板； 1 1 0〜光源裝置； 11 1〜光源燈； 1 1 2〜反射裔； 1 2 0〜積分光學系統 1 3 0、1 4 0〜透鏡陣列； 1 3 1〜小透鏡； 1 5 0〜積分光學系統（偏光變換光學系統）； 1 6 0〜偏光光束分離陣列（pbs陣列）； 170〜相位差板， 180〜重疊透鏡； 190〜平行化透鏡； LV〜液晶光球； 2 0 0A、20 0B、200C、20 0D〜雙折射型偏光板； 20 0、400〜偏光元件； 210〜透明基板； 211 213 215 220 250 252 500 SI i S α 金屬薄膜； 2 1 2〜槽； 214〜電介質薄膜； 複數層膜（微細構造體）； /光吸收型偏光板； 23 0, -光反射型偏光板； 251 -第一薄膜， 300 -投影光學系統； 600 、S2i〜光入射面； Slo 、Sa，〜頂角相向之面。 透明結晶基板； 第一薄膜； 液晶裝置； 投影面 ； 、S2o〜光射出面 發明之最佳實施例
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以下依照圖面說明本發明每 Z方向表示相正交之3個ί = ”㈣，中所示X、Υ、 向之光稱為X偏光光，將偏光方以1方j偏光方向係χ方 光。 侷九方向係Υ方向之光稱為Υ偏光 A.實施例1 : 圖1係在平面上看實施例i之投影機p J i之主八 2略構造圖。投影機耵1具備光源裝置110、積分光學W :、平行化透鏡190、液晶光球U以及投影；糸統 500。液晶㈣LV具備相當於本發明之電光學裝置之液晶 二30 0及分別配置於其光入射面側及光射出面側之 光元件2GG、4GQ:此外，如後述所示，在本實施例，在光 入射面侧之偏光件200使用係光反射型偏光板之一之構 化雙折射型偏光板20 0，在光射出面侧之偏光元件4〇〇上使 用光吸收型偏光板400。 “一此外’、光反射型偏光板意指反射令不透射之種類之偏 光光之型式之偏光板，而光吸收型偏光板意指吸收令不透 射之種類之偏光光之型式之偏光板。 光源裝置11 0具備光源燈111和反射器丨丨2。自光源燈 111成放射形射出之無偏向之光利用反射器丨丨2反射，光源 裝置1 1 0沿著照明光軸L射出大致平行之光。 積分光學系統1 2 0具備將和液晶裝置3 〇 〇之顯示區域有 大致相似關係之具有矩形狀之小透鏡丨3 1配置成陣列狀之 一透鏡陣列1 3 0、1 4 0。射入第一透鏡陣列1 3 〇之光束利用 各小透鏡1 3 1分割成多條部分光束後，利用第二透鏡陣列
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第17頁 528888 五、發明說明（15) 1 4 0重疊於液晶裝置3 0 〇上。因而，積分光學系統1 2 0可使 自光源裝置11 0射出之光之面内強度分布均勻化的照明液 晶裝置300。自積分光學系統丨2〇射出之光經由平行化透鏡 190射入構造雙折射型偏光板2〇〇。
構造雙折射型偏光板2〇〇自由積分光學系統120射出之 無偏向之光產生大致一種偏光光。無偏向之光可認為是偏 光方向相正交之2種直線偏光光之合成光。構造雙折射型 偏光板200藉著令一方之直線偏光光反射而令另一方之直 線偏光光透射，自由光源裝置丨丨〇射出之無偏向之照明光 產生大致一種偏光光。此外，在本實施例，構造雙折射型 偏光板2 0 0令偏光方向成為X方向之X偏光光透射。 液晶裝置3 0 0係透射型液晶面板，調變射入之偏光光 後射出。具體而言’依照未圖示之來自外部之影像資料調 變射入液晶裝置3 0 0之X偏光光，部分被變換為γ偏光光之 調變光自液晶裝置3 0 0射出。 光吸收型偏光板400自由液晶裝置3〇〇射出之調變光除 去不要之光後形成表示影像之光。具體而言，光吸收型偏 光板4 0 0配置成其透射軸和γ方向一致，藉著自液晶裝置
3=0射出之調變光之中吸收不要之χ偏光成分，令γ偏光成 分透f ’形成影像光。此外，光吸收型偏光板4 〇 〇可使用 具有南消光比之由碘或染料分子形成之一軸延伸型之偏光 板。 投影光學系統5 0 0將利用光吸收型偏光板4 〇 〇所形成之 影像光投影於投影面6 〇 〇。藉此將影像顯示於投影面6 〇 〇。
528888 五、發明說明（16) 圖2係表示圖1之構造雙折射型偏光板2〇〇之各種例子 之說明圖。構造雙折射型偏光板2〇〇係具備沿著既定方向 圖2中；（方向）週期性的形成之微細構造體之偏光板，微细 籌，體之週期設為比入射光之波長小。此外， 微 =構造體之材質或週期，可實現所要之折射率分布或;g 各向異性，結果，可實現所要之偏光特性。 圖2(A)係表示線狀柵格型之構造雙折射型偏光板2〇〇 之概略構造之立體圖。線狀柵格型之偏光板2 〇 〇具有利用 在Y方向延伸之微細之槽212週期性分割在透明基板21 〇上 所形成之金屬薄膜211之構造。金屬薄膜（微細構造體）2 i i 具有在應偏光之波長區域反射光之性質，金屬薄膜2ιι可 =用鋁或鎢等。此外，金屬薄膜211可利用蒸鍍法或濺鍍 :形成。又，微細之槽212可藉著組合2光束干涉曝光法或 電子束4田、、、g去、X射線微影法等和姓刻形成。線狀柵格型 之構造雙折射型偏光板2〇〇因構造單純，具有可容易 之優點0 ^ 圖2(B)係表示構造雙折射型偏光板2〇〇之別例之剖面 圖。構造雙折射型偏光板200具有利用在γ方向延伸之微細 之槽21 2週期性分割在透明基板21〇上所形成之複數層膜 215之構造。複數層膜（微細構造體）215彼此之折射率不 同，由具有各向同性之2種電介質薄膜213、214交互積層 而形成。此外，複數層膜215及槽212和圖 金薄曰 211及槽212 —樣的形成。 ，寻瞑 如圖2(A)、（B)所示，無偏向之光射入構造雙折射型 第19頁 2061-3702-PF(分割案）.ptd 528888
偏光板2 0 G時，被分離成係和微細之槽2丨2延伸之γ方向平 行之偏光成分之γ偏光光和與γ偏光光垂直之X偏光光。X偏 光光透射構造雙折射型偏光板20〇，而γ偏光光被構造雙折 ^型偏光板20 0反射。於是，構造雙折射型偏光板2〇〇在功 旎上作為令不透射之種類之偏光光反射之光反射型偏光 板’原理上在構造雙折射型偏光板2 〇 〇之光吸收極少。 此外在使用構造雙折射型偏光板2 0 0之情況，實際 上利用金屬薄膜2 11稍微吸收光而發熱。因此，為了令在 構造雙折射型偏光板20 0之溫升減少，希望透基 用導熱係數大之透明結晶基板。若照這樣做//可板令 構造體211之熱迅速且均勻的分散，可得到熱穩定之構造 雙折射型偏光板2 00。 此外，該透明結晶基板使用導熱係數和光透射率比較 大之材料較好。例如可使用以氧化鋁為主要成分之藍寶石 基板或水晶基板。此外，藍寶石基板具有一般之玻^基板 之約5 0倍、石英玻璃基板之約3 5倍之導熱係數。 又’構造雙折射型偏光板2 0 0也可使用令具有形狀各 向異[生之铋粒子或微結晶等定向的，或利用陽極氧化法形 成具有細孔之薄膜（例如氧化鋁）形成的。 ’ y 而’構造雙折射型偏光板之偏光分離特性在原理上且 有入射角相依性和波長相依性。一般藉著使微細構造^ 隔距遠小於入射光之波長可令這些相依性降低。可 f法上受到構造之微細化限制，尤其對於短波長區域之 先’有無法充分緩和該相依性之情況。因此，如以下之說
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明所示，藉著併用別的偏光板補償構造雙折射型偏光板之 偏光分離特性較好。
圖3係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板20 0A之概略剖面圖。本構造雙折射型偏光板2〇〇A具備圖 2(A)之構造雙折射型偏光板2〇〇和配置於其光射出面側之 光吸收型偏光板2 2 0之2種偏光板。光吸收型偏光板2 2 〇以 構造雙折射型偏光板2 〇 〇之光射出面側之透明基板2丨〇為支 撐體，配置和透明基板2 1〇密接。又，光吸收型偏光板22〇 配置成其透射軸方向和構造雙折射型偏光板2 〇〇之透射軸 方向（X方向）一致。此外，光吸收型偏光板2 2 〇係使用碘或 染料分子形成之一軸延伸型之偏光板。這種光吸收型偏光 板因大量生產而便宜、易使用。 在本構造雙折射型偏光板2〇〇A，在光學上將構造雙折 射型偏光板20 0和光吸收型偏光板2 2〇之2種偏光板一體 化。而且’在光入射面側配置光吸收少、耐光性及耐熱性 優異之構造雙折射型偏光板2 〇 〇，在光射出面側配置偏光 特性優異且入射角相依性或波長相依性比較小之光吸收型 偏光板220。於是，若併用光吸收型偏光板，可補償在構
造雙折射型偏光板發生之偏光分離特性之入射角相依性或 波長相依性。 此外’藉著按照如上述之順序配置2種偏光板，可使 得在光吸收型偏光板2 2 0之發熱比較小，而且可令構造雙 折射型偏光板2 0 0 A之偏光特性提高。 圖4也係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏
2061-3702-PF(分割案）.ptd 528888 五、發明說明（19) 光板2 0 0B之概略剖面圖。在本構造雙折射型偏光板2〇〇β， 在圖3之構造雙折射型偏光板2〇(^之光射出面設置透明結 晶基板2 3 0。 在使用圖3之構造雙折射型偏光板2〇(^之情況，光吸 收型偏光板22 0稍微吸收光。因而，在光吸收型偏光板22〇 内部^熱變形，有偏光特性局部變化之情況。如圖4所 示’若將導熱性比較高之透明結晶基板23〇配置成令和光 吸收型偏光板2 2 0密接，因可令光吸收型偏光板2 2 〇之溫升 降低，構造雙折射型偏光板2〇〇B可實現優異之偏光特性。
此外，透明結晶基板2 3 0使用導熱係數和光透射率比 較大之材料較佳，例如可使用以氧化鋁為主要成分之藍寶 石基板或水晶基板。又，光吸收型偏光板2 2 〇和透明結晶 基板2 3 0例如利用黏接劑等以密接之狀態固接即可。 又，在圖4，因利用透明基板21〇和透明結晶基板23〇 夾住光吸收型偏光板220，可令在光吸收型偏光板22〇發生 之熱均勻的散熱，可降低光吸收型偏光板2 2 〇之發熱所引 起之構造雙折射型偏光板之溫升。 若使用圖3、4所示之構造雙折射型偏光板2 〇〇A、 2 0 0B ’緩和構造雙折射型偏光板2〇〇之入射角相依性和波
長相依性，因可實現優異之偏光特性，對於照明光之擴散 角大之照明裝置或使用短波長區域之光之照明裝置特3 ^ 效。 、虿 圖5係和光反射型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板20 0E之概略剖面圖。構造雙折射型偏光板2〇〇E和圖3之
2061 -3702-PF(分割案第 22 頁 ~ " ----------- 528888 五、發明說明（20) 構k雙折射型偏光板2 〇 〇 A大致相同，但是具備光反射型偏 光板2 5 0，替代光吸收型偏光板2 2 〇。光反射型偏光板2 5 〇 配置成和支撑構造雙折射型偏光板2 〇 〇 £之透明基板2 1 〇密 接，在光學上一體化。又，光反射型偏光板25〇"配置成^ 透射軸方向和構造雙折射型偏光板2〇〇之透射軸方向方 向）一致。 圖6係圖5之光反射型偏光板25 0之構造剖面圖。本光 反射型偏光板2 5 0係由具有雙折射性之第一薄膜2 5 j和不具 有雙折射性之第二薄膜252交互的積層複數層而形成之層、 狀偏光板、。設第一薄膜251之X方向之折射率為“乂、γ方向 之折射率為nlY 、各向同性之第二薄膜252之折 I’·預先將第一及第二薄膜251、2 52之材料選定成滿足 nlX 5 n2、nl Y 关 n2 之關係。 折身+ ΐ ί ί 一 '薄膜251和第二薄膜2 52之邊界面之X方向之 折射率Α致一致，Χ方向之偏光光無干涉反射的透射。 而，因在邊界面之γ方向之折射率相異，¥方向之偏 一部分發生干步反射。此外，反射光之波 251、252之折紂率及厚度決定， ^一薄膜 膜251之雙折射性之大小決广。反料由積層數或第一薄 因此，藉著將薄膜251、252之愿厣十k , 積層數等設為既定之條件，可形成a二:十率（材料）、 全部透射，而令γ偏光光幾光幾乎 25〇。此外，$種光反射型偏光元件板 9-50 6 985號公報。 平迖於特表平
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、此外’在先反射型偏光板2 5 〇上，除了該層狀之偏光 板以外例如可使用由膽固醇液晶和；I /4相位差板組合而 成之光學％件、或利用布魯斯特角分離成反射偏光光和透 射偏光光之光夢元件㈠列如311)，92 digest p427 )、利用全 息照相之全息照相光學元件等。 在構造雙扦射型偏光板2〇 0E(圖5)，因在構造雙折射 型偏光板20 0之光射出面側配置光反射型偏光板25〇，可幾 乎消除光吸收戶斤引起之發熱。於是，使用光反射型偏光板 250替代圖3之先吸收型偏光板220，也可補償在構造雙折 射型偏光板發生^之偏光分離特性之入射角相依性或波長相 依性。 使得在液晶裝置3 0 0之光入射面侧配置圖3〜圖5所示之 構造雙折射型偏光板200A、200B、200E，替代圖1之構造 雙折射型偏光板2 0 0也可。 此外，在構造雙折射型偏光板2〇〇a、20 0B、20 0E，構 造雙折射型偏光板20 0和光吸收型偏光板220或光反射型偏 光板250在光學上一體化，但是兩者分離也可。但，若將 兩者一體化，因可降低在兩者之界面發生之光損失，可提 高光之利用效率。
如以上之說明所示，在投影機PJ1，在液晶裝置3〇〇之 光入射面側具備光吸收少之構造雙折射型偏光板 20 0 ( 2 0 0A、20 0 B、2 0 0 E)。因此，藉著使用光輸出功率大 之光源裝置或使用顯示區域小之液晶裝置，在射入偏光元 件之每單位面積之光強度變大之情況，也可使偏光元件之
528888 五、發明說明（22) 發熱變小，可長期保持偏光元件之特性。結果，可實現穩 定的顯示對比高、亮之影像之投影機。 又，因在偏光元件之發熱少，< 省略或將以往使用之 冷卻裝置小型彳匕’可實現投影機之低噪音化和小型化。 此外，在圖1之投影機PJ1，構造雙折射型偏光板2 〇〇 配置於液晶裝置3 0 〇之光入射面側。這係因在投影機p j 1， 照明光使用無偏向之光，和配置於浪晶裝置3 〇 〇之光射出 面側之偏光元件4 0 0相比，作用於配置於光入射面側之偏 光元件2 0 0之熱負載的比較大。於是，在照明光使用無偏 向之光之投影機’在液晶裝置之光入射面側配置耐光性和 耐熱性高之構造雙折射型偏光板係有效。此外，使得在液 晶裝置3 0 0之光射出面側也配置構造雙折射型偏光板2 〇 〇也 可。 Β ·實施例2 ·· 圖7係在平面上看實施例2之投影機pj2之主要部分之 概略構造圖。圖7(A)表示自γ方向看之投影機pj2，圖7(β) 表示自X方向看之投影機p j2。 此外，對於和實施例！之投影機pjl相同之構成元件賦 與相同之編號，省略詳細說明。 、於本實施例之投影機PJ2之構造和實施例1之投影機PJ1 2似，但是使用將無偏向之光大致變換為一種偏光光後射 出之積分光學系統（以下也稱為「偏光變換光學系 統」）150，替代射出圖丄之無偏向之光之積分光學系統 528888 五、發明說明（23) --- 1 2 0。此外’本實施例之積分光學系統丨5 〇射出X偏光光。 又’伴隨積分光學系統之變更，變更液晶光球^之偏 光元件之配置。具體而言，在本實施例之投影機pj2，構 造雙折射型偏光板2〇〇配置於液晶裝置3〇〇之光射出面側， 光吸收型偏光板4 0 〇配置於光入射面側。又，伴隨偏光元 件之配置之變更，將光吸收型偏光板4 〇 〇配置成其透射軸 和X方向一致，構造雙折射型偏光板2〇〇配置成週期性之微 細構造體沿著Y方向。即，本實施例之光吸收型偏光板4〇〇 令X偏光光透射，而構造雙折射型偏光板2〇〇$γ.光光透 射0 偏光變換光學系統150具備第一及第二透鏡陣列13〇、 140、偏光光束分離陣列（以下稱為「pBS陣列」）16〇分離 成偏光方向正交之2種直線偏光光。然後，利用選擇相位 差板i7()使2種直線偏光光之中之—方之直線偏光光之偏光 方向和另-方之直線偏光光之偏光方向一致。$光方向大 致劃一成一種之偏光光（X偏光光）經由重疊透鏡18〇射出， 和實施例1 一樣的經由平行化透鏡19〇重疊於液晶裝置3〇〇 上0 若使用這種偏光變換光學系统15 n τ不、、此i d υ，可使射入液晶裝 置30 0之照明光之面内強度分布均句化^町狀曰曰衣 j 化’而且幾平不伴隨 光損失，可射出偏光方向大致刻_成 ^ 成卞个1干丨通 — 驭一種之昭明弁。此 外，這種偏光變換光學系統1 50例如i、+、^ … 8-304739號公報。 狩開十 在本實施例之投影機PJ 2，因呈供#， 〃備偏光變換光學系統
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第26頁 528888 五、發明說明（24) 1 5 0 ’配置於液晶裝置3 0 0之光入射面側之偏光元件4 〇 〇， 用以提局入射光之偏光度。而且，因利用偏光變換光學系 統1 5 0提高光之利用效率，射入配置於液晶裝置3 〇 〇之光射 出面側之偏光元件2 〇 〇之光強度變大。即，作用於配置於 液晶叙置3 0 0之光入射面側之偏光元件4 〇 〇之熱負載比實施 例1的小。因而，在本實施例之投影機PJ 2，在液晶裝置 30 0之光入射面側配置光吸收型偏光板4oo，在光射出面側 配置構造雙折射型偏光板2 〇 〇。
如以上之說明所示，在投影機PJ2，在液晶裝置3〇〇之 光射出面側具備光吸收少、对光性及耐熱性優異之構造雙 折射型偏光板2 0 0。因此，藉著使用偏光變換光學系統 1 5 0 ’在射入偏光元件之每單位面積之光強度變大之情 況，也可使偏光元件之發熱變小，可長期保持偏光元件之 特性。結果，可實現穩定的顯示對比高、亮之影像之投影 機0
此外’也可使用圖3〜圖5所示之構造雙折射型偏光板 200A、200β、200E，替代構造雙折射型偏光板2〇〇。在此 情況’可顯示對比更高之影像。又，使得液晶裝置3 〇 〇之 光入射面側之偏光元件40 0使用構造雙折射型偏光板2〇〇、 200A、200B、200E 也可。 C ·實施例3 : 如上述所示，在使用構造雙折射型偏光板2 0 0之情 況’為了令偏光分離特性提高（即，令入射角相依性或波
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第27頁 528888 五、發明說明（25) -- 長相依性降低），希望週期性微細構造體之形成間距比光 之波長儘可能]、。可是，製法上受到構造之微細化限制。 因此’在本實槪例，藉著在構造雙折射型偏光板2 〇 〇之配 置下工夫’補償構造雙折射型偏光板之偏光分離特性。 圖8係在平面上看實施例3之投影機pJ3之主要部分之 概略構造圖。本投影機PJ3和實施例！之投影機ρη大致相 同’但是在本實施例，將構造雙折射型偏光板2 0 0配置成 相對於照明光車由L(即，照明液晶裝置之光之中心轴）傾 斜。 將構造雙扦射型偏光板2 〇 〇配置成令相對於照明光軸L φ 傾斜時’對於沿著照明光軸L射入之光之微細構造體之間 距實貝上變小。右照這樣配置偏光板2 〇 〇，可令偏光板2 〇 〇 之偏光分離特性提高，結果，可實現穩定的顯示對比高、 亮之影像之投影機。 此外，構造雙折射型偏光板20 0相對於照明光轴[之傾 斜角度大的較好，但是考慮在偏光板2 〇 〇之光損失或來自 偏光板2 0 0之反射光之處理時，傾斜角度設為4 5度較好。
即’若設成這種傾斜角度，因構造雙折射型偏光板2 〇 〇所 反射之光朝相對於照明光軸L約90度之方向射出，所反射 之光對別的光學元件無不良影響。 H 可是，將構造雙折射型偏光板2 0 0相對於照明光軸[之 傾斜角度設為45度和偏光板20 0之圖中Z方向之尺寸變大等 價。因而’在夜晶裝置3 〇 〇之光入射面側，為了配置構造 雙折射型偏光板2 0 0，需要更大之空間。
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圖9係表示圖8之構造雙折射型偏光板之變形例之說明 圖。圖9(A)表示將構造雙折射型偏光板2〇〇沿著γ軸折成兩 片而配置成V字形之構造雙折射型偏光板2〇〇c，圖9(B)表 示折成四片而配置成W字形之構造雙折射型偏光板2〇〇D。 於疋’若將構造雙折射型偏光板2 〇 〇分割成複數區域後將 各區域配置成相對於照明光軸L傾斜，可使構造雙折射型 偏光板之Z方向之尺寸變小，可使用以配置構造雙折射型 偏光板之Z方向之尺寸變小。
在使用圖9 ( A )之構造雙折射型偏光板2 〇 〇 c之情況，因 反射光朝和照明光軸L大致正交之方向射出，反射光對別 的光學元件無不良影響，有反射光之處理容易之優點。在 大部分之液晶裝置，自光射出面側射入光時誤動作之情況 多，但是若著眼於該點，也可將構造雙折射型偏光板2〇〇c 用作配置於液晶裝置之光射出面側之偏光元件。而，在使 用圖9(B)之構造雙折射型偏光板2〇〇D之情況，具有使反射 光之一部分回到光源裝置n〇(圖8)側而可再利用之優點。 又’使得構造雙折射型偏光板2〇〇C、20 0D配置成其方 向反轉也可。例如，如圖9(A)之構造雙折射型偏光板2〇叱 之光入射面變成光射出面般配置成偏光板2〇〇c之二區域所 形成之一條稜線朝向液晶裝置3 〇 〇側也可。 在圖9 (A )、（ B)，構造雙折射型偏光板之複數區域都 配置成相對於照明光軸L傾斜，但是將一部分之區域配置 成和照明光軸L正交也可。一般，只要複數區域之中之至 少一部分配置成相對於照明光軸L傾斜即可。
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第29頁 528888 五、發明說明（27) 此外，圖9(A)、⑻所示之液晶裝置之顯示區域係在χ 方向具有長邊，而在Υ方向具有短邊之長方形。如上述所 不，在圖9(A)、（Β)，使用沿著¥軸分割成複數區域之構造 雙折射型偏光板200C、20 0D。可是，對於具有如述述之長 方形之顯示區域之液晶裝置，使用沿著γ軸分割成複數區 域之構f雙折紂型偏光板較好。換言之，構造雙折射型偏 光板沿著長邊方向分割較好。此時，複數區域配置成沿著 顯不區域之短邊方向排列。若照這樣做，和使用圖g (a)、 (B)之構造雙折射型偏光板2〇〇c、2〇〇])之情況相比，可使 構造雙折射型偽光板之Z方向之厚度比較小。 D ·實施例4 ·· 圖10係在乎面上看實施例4之投影機pj4之主要部分之 概略構造圖。在本投影機p j 4，和實施例3之投影機p j 3 一 樣，將構造雙折射型偏光板2〇〇配置成相對於照明光軸[傾 斜。具體而言，構造雙折射型偏光板200配置成相對於照 明光軸L以4 5度之角度傾斜。 若照這樣配置構造雙折射型偏光板2〇()，投影機pj4可 將構造雙折射型偏光板2 〇 〇所反射之γ偏光光用作照明光。 此外’若如圖1 〇所示般配置構造雙折射型偏光板 2 0 0 ’因可將投影機p j 4構成l字形，可使覆蓋投影機整體 之匡體之圖中之X方向之尺寸或Z方向之尺寸比較短。此 外，若使Z方向之尺寸變小，適合後投影機，若使圖中X方 向之尺寸變小，適合在底部配置光源裝置11 0之縱型投影 2061-3702-PF(分割案）.ptd 第30頁 528888 五、發明說明 機0 (28)
E ·實施例5 : 可是’在液晶 光板之偏光元件之 反射之不要之偏光 在液晶裝置常用之 等，光自液晶裝置 近年來，在具 用具有偏光分離膜 7-306405 號公報）ζ 在其界面所形成之 光分離膜相對於照 種偏光光束分離器 因偏光分離膜所反 出，可防止液晶裝 可是，因偏光 和液晶裝置之長方 光元件就大型彳匕。 配置偏光元件而需 題。又，因液晶裝 口徑之投影透鏡， 題。 j置之光射出面側配置具有光反射型偏 j況，需要注意避免光反射型偏光板所 、>射入液晶裝置之光射出面側。這係因 作為主動切換元件之薄膜電晶體（TFT) 之光射出面側射入時有誤動作之情況。 有光反射型偏光板之偏光元件上嘗試使 之偏光光束分離器（例如，特開平 >该偏光光束分離器具備二直角稜鏡和 偏光分離膜。而，偏光光束分離器以偏 明光軸約傾斜4 5度之狀態配置。在將這 配置於液晶裝置之光射出面側之情況， 射之光朝和照明光軸大致正交之方向射 置誤動作。 光束分離器之沿著照明光軸之尺寸設為 形之顯示區域之長邊尺寸大致相等，偏 結果’在液晶裝置之光射出面侧，為了 要比較寬之空間，有投影機大型化之問 置和投影光學系統之距離變長，需要大 也有投影光學系統之製造費用增加之問
因此’在/ 貝^例’在液晶裝置之光射出面侧配置具
第31頁
528888 五、發明說明（29) 有光反射型偏光板之偏光元件，令偏光元件之耐光性及耐 熱性提高，而且在偏光元件具備光反射型偏光板和稜鏡之 情況也下工夫使偏光元件可小型化。 圖1 1係表示在實施例5之第一光反射型偏光元件1之概 略構造之剖面圖。該第一光反射型偏光元件丨具備稜鏡 1 0、光反射型偏光板2 0以及光吸收型偏光板3 〇。 、 稜鏡1 0係具有非平行之光入射面S1 i和光射出面s 1 〇之 透明體。具體而言，稜鏡10係將相向之光入射面SH和光 射出面Slo之夾角（頂角）^設成特定值之具有近似三角形 之截面形狀之柱狀之玻璃體。此外，關於頂角α將後述。 "、光反射型偏光板2 〇係幾乎不伴隨光吸收並將無偏向之 光分離成偏光方向不同之2種偏光光之光學元件。本實施 J之光反射型偏光板2 q例如使用如下所示之光學元件 成。 f a )利用電介質複數層膜形成之偏光分離元件； 板· ）$成了週期性微細構造體之構造雙折射型偏光 有機(=)料令摊W材料等具有折射率各向同性（雙折射性）之 ,械材料堆積成®你 ^ 3M公司製之DBEF)曰向分子系統之層狀偏光板（例如， (d)由將盔值A + t 偏光之圓偏光反射板（=分離成右轉之圓偏光和左轉之圓 合而成之光學元二(例如膽固醇液晶)和λ/4相位差板組 (e )利用布魯斯牲 w角分離成反射偏光光和透射偏光光
第32頁 528888 發明說明（30) 之光學元件（例如SID，92 DIGEST p427);及 (f )以及利用全息照相之全息照相光學元件。 ““光吸收型偏光板3 0吸收偏光方向相正交之2種直線偏 光光之!7之一方之直線偏光光並令另一方之直線偏光光透 射之光學元件。此外’光吸收型偏光板3 〇可由令浸潰碘或 染料分子之薄膜一轴延伸而形成。
此外’使用光吸收型偏光板3 〇係由於光反射型偏光板 2 0之偏光分離特性常伴隨入射角相依性。在射入發散光或 聚焦光之情況，透射光反射型偏光板2〇之光之偏光度隨入 射角而變。因此，藉著在光反射型偏光板2〇之光射出面側 配置光吸收型偏光板30，令透射光之偏光度提高。此外， 光吸收型偏光板30配置成其透射轴方向和透射光之偏光方 向大致一致。照這樣做，光反射型偏光元件i可射出具有 大致一種之偏光狀態之偏光度高之偏光光。
自稜鏡10之光入射面SI i沿著照明光軸L射入之無偏向 之光利用在光射出面Slo所形成之光反射型偏光板2〇分離 成偏光方向正交之2種直線偏光光。一方之直線偏光光透 射光反射型偏光板2 0。透射光再透射光吸收型偏光板3 〇後 射出。另一方之直線偏光光（X偏光光）被光反射型偏光板 2 0反射後再射入稜鏡1 0。此外，在本實施例，也將透射了 光反射型偏光板2 0之偏光光稱為透射光，將光反射型偏光 板20所反射之偏光光稍為反射光。 再射入棱鏡10之反射光（回光）被光入射面sii全反射 後，自和頂角相向之面Sa射出。因而，幾乎不會自光入
2061-3702-PF(分割案）.ptd 第33頁 528888 五、發明說明（31) 射面S 1 i向稜鏡1 〇之外部射出光。 圖1 2係用以說明稜鏡1 〇之頂角α之設定值之說明圖。 以入射角0 1射入光入射面S1 i之光被光反射型偏光板2 〇反 射後，以入射角0 2射入光入射面S 1 i。此時，若入射角0 滿足下式（1 )之關係，反射光（回光）被光入射面S 1 i全反 射。又，入射角0由入射角01和棱鏡之頂角α以及稜鏡 之折射率η決定，在頂角α滿足下式（2 )之關係時，回光被 光入射面S1 i全反射。若照這樣設定頂角之值，回光不 會自光入射面S 1 i向棱鏡1 0外部射出。
Θ ^sin_1(l/n) α —(sin^l/n .sin 01) + sin_1(l/n))/2 (2) 例如，在設射入稜鏡1 〇之光之最大之入射角01為土 11 · 3度（相當於投影機之積分光學系統之f編號約2 · 5倍之 情況）、设稜鏡之折射率η為1 · 5 2之情況，若將棱鏡之頂角 α設為約2 4 · 3度以上，回光全部被光入射面s Η全反射。 此時’在和頂角α相向之面S α之照明光軸L之方向之 尺寸BC可设為光入射面§11之γ方向尺寸…之約〇 45倍。於 是’因可將稜鏡10之尺寸BC設為比尺寸Αβ短，可將光反射 型偏光元件1小型化。
可是’在稜鏡1 0内部，不太發生影響光之偏光狀態之 相位k化較好。在稜鏡1 0之頂點附近，由於其形狀，易發 生來自内部或外部之應力，易發生相位變化。因此，本實 施例之棱鏡1 0 ’為了保持通過之光之偏光狀態，使用光彈 性係數比較小之破璃材料形成。考慮人眼之靈敏度時，玻 528888
离材料之光彈性係數係約1 nm /cm / 1 〇5Pa以下較好。若使用 1種玻璃材料形成稜鏡形成稜鏡，可使發生之相位變化量 麦小’可使偏光度之面内分布大致均勻。此外，若係光彈 性係數比較小之材料，使得使用塑膠材料替代玻璃材料也 可。
於是’因圖1 1之光反射型偏光元件1使用不伴隨光吸 收^光反射型偏光板2〇，可令偏光元件之耐光性及耐熱性 k n ’在射入偏光元件之光強度變大之情況，也可發揮穩 定之偏光分離特性。又，使用如來自光反射型偏光板2 〇之 反射光（回光）被稜鏡10之光入射面S1 I全反射般設定了光 入射面Sli和光射出面si〇之夾角（頂角）之稜鏡1〇。因此， 不會自光入射面Sli向外部射出不要之偏光光（反射光）。 在將這種光反射型偏光元件配置於液晶裝置之光射出面側 之情況因光不會射入液晶裝置之光射出面側，可防止液晶 裝置誤動作。
又’在本實施例，棱鏡丨〇、光反射型偏光板2〇之基材 以及光吸收型偏光板3 〇之基材之折射率大致一致。若這樣 做’在光學上將稜鏡1 〇、光反射型偏光板2 〇以及光吸收型 偏光板30 —體化之情況，可令在各界面之光損失減少，而 光反射型偏光元件1之處理也容易。又，可提高在偏光元 件1之光之利用效率，而且也可令往稜鏡丨〇内部之回光減 少。此外，在自光反射型偏光板20射出之偏光光（透射光） 之偏光度高之情況，可省略光吸收型偏光板3 〇。 此外’在使用圖11之偏光元件1之情況，在稜鏡1 〇之
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528888 五、發明說明（33) 光入射面Sli及面Sa形成反射防止膜。藉此，可令來自外 部之光之大部分自棱鏡1〇之光入射面SI I射入，而且玎令 被光入射面S1I反射之光之大部分自稜鏡1〇之面Sa射出。 但’在光入射面S1 i和面S α按照光之入射角形成構造不同 之反射防止膜。 可是’實際上，有射入棱鏡10之面Sa之光被面Sa反 射後再射入光反射型偏光板2 〇之情況。圖1 3係表示圖11之 偏光元件1之變形例之說明圖。圖1 3所示之偏光元件1，和 圖11之偏光元件1大致相同，但是變更稜鏡丨0 ’之形狀。具 體而言’變更和由稜鏡10’之光入射面Sli和光射出面Slo 形成之頂角a相向之面（相向面）s a ’ 。即，面S a ’設成稜 鏡10’之光入射面Sli所全反射之直線偏光光（X偏光光）大 致垂直的射入面S a，。此外，此時，光入射面s 1 i和面s a ’之夾角冷設成光反射型偏光板2 〇所反射之光和光入射面 S1 i全反射時之入射角0大致相等。 若使用這種偏光元件1，，因可令射入面Sa，之光之大 部分自面S a ’射出，可令再射入光反射型偏光板2〇之光減 少很多。又，在使用這種偏光元件丨，之情況，因射入光入 射面Sli及面Sa’之光之入射角（大約〇度）相等，可將在二 面S1 1、S a ’應形成之反射防止膜之構造共同化。 圖1 4係表示在實施例5之第二光反射型偏光元件2之概 略構造之剖面圖。本光反射型偏光元件2係和圖11之光反 射型偏光凡件1大致相同，但是在光吸收型偏光板30之光 射出面侧配置第二棱鏡40。
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在使用圖14之光反射型偏光元件2之情況也具有和使 回1之光反射型偏光元件1之情況一樣之效果，還呈有 以下之效果。 ，、兩
在圖14 ’二稜鏡10、40使用相同之棱鏡。此時，二棱 :40之折射率相等。又，第一稜鏡10之光射出面S1〇 —棱鏡40之光入射面Sli大致平行，第一稜鏡10之光 入射面S11和第二稜鏡之光射出面Slo大致平行。因而，光 、^^光反射型偏光元件2時，其行進方向幾乎不變。換言 =’射^光反射型偏光元件2之光和自光反射型偏光元件2 j出之光之行進方向大致一致。若照這樣做，在將光反射 1偏光元件2和其他光學元件組合使用之情況具有可容 構成光學系統之優點。 β或者’形成二稜鏡丨0、4 0之材料不同也可。例如，使 得按照光反射型偏光元件2之用途，使用具有最佳之物性 值（例如折射率或光彈性係數）之材料形成各稜鏡10、40也 可。在二稜鏡1 0、40之折射率不同之情況，也只要調整第 二稜鏡之頂角，就可令射入光反射型偏光元件之光和自光 反射型偏光元件射出之光之行進方向大致一致。
此外，折射率高之材料或光彈性係數小之材料昂貴。 因此，在投影機之液晶裝置之光入射面側及光射出面側配 置光反射型偏光元件2之情況，使得在接近液晶裝置之稜 鏡使用折射率高且光彈性係數小之昂貴之材料（例如光彈 性係數約lnm/cm/105Pa以下），而在遠的稜鏡使用其他便 宜之材料也可。若照這樣做，可令光反射型偏光元件2之
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光學特性不太降低的低價格化。 又’在第二稜鏡4〇不必令發生全反射。因而，藉著將 第二稜鏡40之折射率或頂角設為適當值，也可控制自光反 射型偏光元件2射出之光之行進方向。藉此，可提高其他 光學兀件之配置之自由度，例如可容易的構成朝上投影之 此外，在本實施例，第一稜鏡1〇、光反射型偏光板2〇 之基材、光吸收型偏光板30之基材以及第二稜鏡4〇之折射 率大致一致。若照這樣做，在光學上將第一稜鏡1〇、光反 射型偏光板20之基材、光吸收型偏光板3〇之基材以及第二 稜鏡40 —體化之情況，可令在各界面之光損失減少，而^ 反射型偏光元件2之處理也容易。又，可提高在偏光元件2 之光之利用效率，而且也可令往稜鏡丨〇内部之回光減少。 此外，和光反射型偏光元件丨之情況一樣可省略光吸收 偏光板3 0。 圖1 5係表示在實施例5之第三光反射型偏光元件3之概 略構造之剖面圖。在圖丨4之光反射型偏光元件2，光吸收 型偏光板30配置於第二稜鏡4〇之光入射面S2i，但是在光 反射型偏光元件3，光吸收型偏光板3〇配置於第二稜鏡4〇 之光射出面S2o。在使用這種光反射型偏光元件3之情況， 也具^和使用圖14之光反射型偏光元件2之情況一樣之效 果，還具有以下之效果。 光吸收型偏光板30因吸收光而發熱。因而，在使用圖 14之光反射型偏光元件2之情況，光吸收型偏光板3〇之熱
528888 五、發明說明（36) --- 影響第二稜鏡40或光吸收型偏光板3〇本身，令發生相位變 化，或令偏光特性惡化。而，在使用圖丨5所示之光反射型 偏光元件3之情況，因可向外部空間迅速散出光吸收型偏 光板30之熱，可令光吸收型偏光板3〇之熱對第二稜鏡4〇等 周邊之光學元件之影響降低。 此外，若在第二棱鏡40之光射出面S2〇配置光吸收型 偏光板3 0，因可將射入光吸收型偏光板3 〇之透射光之入射 角設為小’也具有可令光吸收型偏光板3〇之偏光特性提高 之優點。
圖1 6係表示在實施例5之第四光反射型偏光元件4之概 略構造之剖面圖。本光反射型偏光元件4和圖1 5之光反射 型偏光元件3大致相同，但是光反射型偏光板2 〇使用構造 雙折射型偏光板2 1。此外，構造雙折射型偏光板2丨可使用 例如在圖2(A)、（B)所說明之構造雙折射型偏光板，在圖 1 6使用圖2 (A)所示之構造雙折射型偏光板。
構造雙折射型偏光板21以其透明基板21〇和光反射型 偏光板2 0之光入射面密接之狀態配置，並以週期性微細構 造體（金屬薄膜）211和第一棱鏡1〇間隔微小之空間之狀’態 配置。又，光自微細構造體2 11經由該微小之空間射入& 明基板2 1 0。此外’藉著像這樣設置空間，可提高構造雙 折射型偏光板2 1之偏光分離特性。 而，微細構造體211和第一稜鏡1〇之光入射面su盥光 射出面Slo之相交線之方向（X方向）正交，沿著和光射/出面 Slo平行之方向週期性排列，槽212朝X方向延伸。若辟這
2061-3702-PF(分割案）.ptd 528888 五、發明說明（37) 樣做，因構造雙折射型偏光板2 1配置成相對於照明光軸匕 傾斜，可使微細構造體相對於照明光之間距實質上變小， 結果可令構造雙折射型偏光板之光學特性提高。 於是，在令構造雙折射型偏光板2 1配置成相對於照明 光軸L傾斜之情況，希望配置成微細構造體2 1 1之週期性排 列方向相對於照明光軸L傾斜。若將構造雙折射型偏光板 配置成微細構造體2 11之週期性排列方向相對於照明光轴L 正交，也因無法使微細構造體相對於照明光之間距實質上 變小，難令提高光學特性。 此外’在圖1 6，因將透明基板2 1 〇之折射率設為和第 二稜鏡4 0之折射率大致相等，可令在構造雙折射型偏光板 2 1和第二稜鏡4 〇之界面發生之光損失減少。 在使用圖1 6之光反射型偏光元件4之情況，也具有和 使用圖1 5之光反射型偏光元件3之情況一樣之效果。此 外，在圖1 6，因將偏光分離特性之入射角相依性比較小之 構造雙折射型偏光板2 1用作光反射型偏光板，在光強度大 之光射入光反射型偏光元件4或入射角大之光射入之产X 況’也可發揮優異之偏光分離特性。 月
圖1 5之光反射型偏光板2 〇也可採用使用具有折射 向異性之薄膜之層狀偏光板，替代構造雙折射 2第層=光板如在圖6之說明所示，係由具有雙折先二 之弟一溥Μ和不具有雙折射性之第二薄膜交互 而成之偏光板。 複數 在光反射型偏光板20使用層狀偏光板之情況，也具有
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:口使用圖15之光反射型偏光元件3 —樣之效果。此外，層 ，偏光板因偏光分離特性之波長相依性比較小，可發 異之偏光分離特性。 夂 此外，使得使用圖13所示之稜鏡1〇，，替代圖14、 15、16之偏光元件2、3、4之第一稜鏡1〇也可代0
圖1 7係表示在實施例5之第五光反射型偏光元件5之概 略f造之剖面圖。本光反射型偏光元件5由在圖13之偏光 ^件1’之光射出面設置了第二稜鏡4〇之二部分偏光元件 5a、5b構成。二部分偏光元件5a、5b連接成各自之第一稜 鏡10之光入射面S1I配置成大致同一面内。又，二部分偏 光元件5a、5b連接成相對於照明光軸L對稱，此時，各部 分偏光元件5a、5b之光反射型偏光板2〇配置成v字形。 若使用這種偏光元件5，和圖9 (A) 一樣，可使光反射 型偏光元件5之Z方向之尺寸變小。因此，具有可將光反射 型偏光板小型化，而且可使用以配置光反射型偏光元件5 之空間比較小之優點。又，若將本光反射型偏光元件5應 用於投影機，可將投影機小型化。 此外，在圖1 7，二部分偏光元件5&、5b之光射出面側
之第二稜鏡40用分開之稜鏡構成，但是使得用一個稜鏡構 成也可。 又，在圖1J之光反射型偏光元件5，部分偏光元件利 用圖13之偏光元件Γ ，但是使得利用別的偏光元件卜4也 可。此外，在圖17之光反射型偏光元件5，組合二部分偏 光元件，但是組合4個別的偏光元件卜4，如圖9(B)所示
528888 五、發明說明（39) 使得各偏光元件之光反射型偏光板2 〇配置成W字形也可。 若照這樣做，可得到更小型化之光反射型偏光元件，若將 其應用於投影機，具有可使投影機更小型化之優點。一般 複數部分偏光元件連接成各自之第一稜鏡之光入射面配置 於大致同一面N即可。 圖1 8係在爷面上看實施例5之投影機pj 5之主要部分之 概略構造圖。比外，圖18表示自X方向看時之平面圖。 本投影機P J5和實施例2之投影機pj2(圖7(B))大致相
同’但是變更g己置於液晶裝置3 0 0之光射出面側之偏光元 件。 具體而言，在投影機PJ5，使用將圖15所示之光反射 型偏光元件3之第一稜鏡1〇變更為圖13所示之第一稜鏡1〇, 之光反射型偏光元件3，。又，在投影機pj5，偏光變換光 學系統150’之重疊透鏡18〇,配置成凸面變成光入射面。 圖1 9係表禾配置於圖1 8之液晶装置3 〇 〇之光射出面側 之光反射型偏光元件3 ’之配置方法之說明圖。一般，液晶 裝置30 0之顯示區域係長方形之情況多。光反射型偏光元 件3配置成由其光入射面s 1 i和光射出面s丨〇形成之相交線
11之方向和液晶裝置3 0 0之顯示區域之長邊3〇1之方向（χ方 向）大致平行。 若如圖19所示配置光反射型偏光元件3，，和配置成由 光入射面Sli和光射出面Sl0形成之相交線η之方向和液晶 裝置300之顯示區域之短邊之方向（γ方向）大致平行之产兄 相比’可使光反射型偏光元件3’在沿著照明光轴L之方月向
528888 五、發明說明（40) " 一 (z方向）之尺寸比較小。這係由於光反射型偏光元件3,之冗 向之尺寸士在圖12之說明所示，由第一稜鏡1〇之光入射 面SI I之+尺寸AB之tan α倍決定。因此，若如圖19所示配 置’可，短液晶裝置3〇〇和投影光學系統5〇〇間之距離，結 果’可實現投景多機和投影鏡頭之小型化以及低價格化。 如以上之說明所示，在投影機PJ5，因使用光反射型 偏光元件3’ ，可令偏光元件之耐光性及耐熱性提高，而且
產生偏光度咼之偏光光，可顯示對比高之影像。又，可防 止不要之偏光光回到液晶裝置30〇。因而，可防止液晶裝 置30 0誤動作，在射入偏光元件之光之強度變大之情況广 也可穩定的顯禾高晝質之影像。
又，在投影機PJ5，只在液晶裝置30 0之光射出面側配 置光反射型偏光元件3 ’，但是使得依據偏光變換光學系統 150之有無，換言之，依據如上述之作用於偏光元件之熱 負載’只在液晶裝置30 0之光射入面側設置也可。具體而 言，在未裝載偏光變換光學系統丨5 〇，之情況（即，裝載圖1 所示之積分光學系統之情況），在液晶裝置3〇〇之至少光入 射面侧配置光反射型偏光元件3，；而在裝載偏光變換光學 系統1 5 0 ’之情兄，使得在液晶裝置3 〇 〇之至少光射出面側 配置光反射型偏光元件3 ’也可。此外，在未配置光反射型 偏光元件3’側，如上述所示，單獨使用光吸收型偏光板 400即可。若照這樣做，可同時實現投影機之小型化和高 性能化以及低價格化。 在投影機PJ 5使用光反射型偏光元件3，，但是使得使
$28888 . 五、發明說明（41) 用別的光反射型偏光元件1、1 ’、2、3、4、5替代之也 吁。 此外’本發明未限定為上述之實施例或實施形態’可 在不超出其主旨之範圍實施各種形態，例如如下之變形也 町。 (1 )在圖2、圖1 6，構造雙折射型偏光板2 0 0、2 1配置 成光自形成了微細構造體2 11之面側射入，但是配置成光 自和形成了微細構造體2 1 1之面相反之面側，即透明基板 2 1 0側射入也可。但，若如圖2、圖1 6所示配置，可使在構 造雙折射型偏光板之偏光分離特性比較高。 (2 )在上述實施例，說明只使用一台液晶裝置之所謂 的單板式投影機，但是本發明也可應用於使用多台液晶装 釁之投影機。又，在上述實施例，使用透射型液晶裝置， 佴是本發明也可應用於使用反射型液晶裝置之投影機。此 外，不僅前投影型之投影機，也可應用於將影像投影顯示 於透射型銀幕之後投影型之投影機。 工業上之可應用性 本發明可應用於例如投影機之使用偏光元件之光學裝 置。
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Claims (1)

  1. 528888
    1 · 一種投影機，包括： 光源裝置； 電光學裝置 二偏光元件 及光射出面側； ，調變來自該光源裝置之光； 面側 ’各自配置於該電光學裝置之光入 以及 投影光學系統，將來自該電光學裝置之光投$ 其特徵在於： 〜 該二偏光元件之中之至少一者包括： 第一棱鏡，具有以非平行之狀態相向之光入 射出面；及 叫叹九 光反射型偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側； 該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏 光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第二偏光光反紂； 7 5亥苐一棱鏡之該光入射面和該光射出面之央角設成被 該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光 光被該光入射面全反射。 2 ·如申請專利範圍第1項之投影機，其中，該第一稜 鏡配置成由該光入射面和該光射出面形成之相交線和該電 光學裝置之長方形之顯示區域之長邊大致平行。 3 ·如申請專利範圍第1項之投影機’其中’和由該第 一稜鏡之該光入射面和該光射出面形成之頂角相向之相向 面設成被該光入射面全反射之該第二偏光光大致垂直的射
    2061-3702-PF(分割案）.ptd 第45頁 528888 六、申請專利範圍 4 ·如申請專利範圍第1項之投影機，其中，該第一棱 鏡用光彈性係數約1 nm/cm/ 1 05Pa以下之材料形成。 5 ·如申凊專利範圍第1項之投影機，其中，還包括第 ^棱鏡’配置於該光反射型偏光板之光射出面侧，透射了 該光反射型偏光板之該第一偏光光射入。 6 ·如申清專利範圍弟5項之投影機，其中，該第一及 第二棱鏡之中之至少一者用光彈性係數約lnm/cmn 〇5Pa以 下之材料形成。 7 ·如申請專利範圍第5項之投影機，其中，如經由該 第二稜鏡射出之該第一偏光光之行進方向和射入該第一稜 鏡之光之行進方向大致一致般構成該第二棱鏡。 8·如申請專利範圍第1、2、3、4、5、6或7項之投影 機’其中’在該光反射型偏光板之光射出面侧配置光吸收 型偏光板。
    9 ·如申請專利範圍第1、2 機，其中，該光反射型偏光板 1 0 .如申請專利範圍第9項 折射型偏光板具備沿著既定方 體； 、4、5、6或7項之投影 係構造雙折射型偏光板。 之投影機，其中，該構造雙 向週期性形成之微細構造 該既定方向係和由該第一稜鏡配置之該 光射出面形成之相交線大致正交之方向。 光入射面與該
    、6或7項之投影 折射性之薄膜和 而成之層狀偏光 11.如申請專利範圍第1、2、3、4、5 機，其中，該光反射型偏光板係由具有雙 不具有雙折射性之薄膜交互的積層複數層
    528888 六、申請專利範圍 板0 1 2 · —種投影機，包括： 光源裝置； 電光學裝置，調變來自該光源裝置之光； 二偏光元件，各自配置於該電光學裝置之光入射面側 及光射出面側； 以及投影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影； 其特徵在於： ^ 該二偏光元件之中之至少一者具備各自包括如下構件 之複數部分偏光元件： 第一稜鏡’具有以非平行之狀態相向之光入射面及光 射出面；及 光反射型偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側； 該複數部分偏光元件連接成各自之該第一棱鏡之該光 入射面配置於大致同一面内； 在該各部分偏光元件中： 該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏 光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第二偏光光反射； 該第一稜鏡之該光入射面和該光射出面之夾角設成被 該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光 光被該光入射面全反射。 1 3 · —種偏光元件，包括： 第一稜鏡，具有以非平行之狀態相向之光入射面及光
    528888 六、申請專利範圍 射出面；及 光反射型偽光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側； 其特徵在；^ : 該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏 光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第二偏光光反村； 該第一稜鏡：之該光入射面和該光射出面之夾角設成被 該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光 光被該光入射面全反射。
    1 4·如申請專利範圍第1 3項之偏光元件，其中，和由 該第一稜鏡之該光入射面和該光射出面形成之頂角相向之 相向面設成被該光入射面全反射之該第二偏光光大致垂直 的射入該相向面。 1 5 ·如申請專利範圍第丨3項之偏光元件，其中，該第 一稜鏡用光彈性係數約1 n m / c m / 1 Ο5 P a以下之材料形成。 1 6 ·如申請專利範圍第丨3項之偏光元件，其/，還包 括第二稜鏡，配置於該光反射型偏光板之光射出面侧/透 射了該光反射型偏光板之該第一偏光光射入。
    17·如申請專利範圍第16項之偏光元件，其中，該第 一及弟一稜鏡之中之至少一者用光彈性係數約 lnm/cm/1 05Pa以下之材料形成〇 1 8·如申請專利範圍第丨6項之偏光元件，i 由；；;該第一偏光光之行進方向和射入“ 一稜鏡之先之^丁進方向大致一致般構成該第二
    ^>28888
    偏光=件如申Λ專利範圍第13、14、15、16、17或18項之 光吸μ μι在該光反射型偏光板之光射出面侧配置 偏光2-0.:，申Λ專利範圍第13、14、15、16、17或18項之 板。凡，/、_，該光反射型偏光板係構造雙折射型偏光 造餹如申請專利範圍第20項之偏光元件，其中，該構 造體· $型偏先板具備沿著既定方向週期性形成之微細構
    4既定方句係和由該第一稜鏡配置之該光入射面與該 先射出面形成t相交線大致正交之方向。 偏伞22 ·如申晴專利範圍第13、14、15、16、17或18項之 I 70件’其尹’該光反射型偏光板係由具有雙折射性之 壯^和不具有雙折射性之薄膜交互的積層複數層而成之層 狀偏光板。 2 3 · —種偏光元件，其特徵在於： ^備各自包括如下構件之複數部分偏光元件：
    第一棱鏡’具有以非平行之狀態相向之光入射面及光 射出面；及 光反射型偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側； 邊複數部分偏光元件連接成各自之該第一稜鏡之該光 入射面配置於大致同一面内； 在a玄各部分偏光元件中， 該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏
    2061-3702-PF(分割案）.ptd 第49頁 528888 六、申請專利範圍 光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第二偏光光反射； 該第一棱鏡之該光入射面和該光射出面之夾角設成被 該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光 光被該光入射面全反射。
    2061-3702-PF(分割案）.ptd 第50頁
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