偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタ
【課題】 簡易な構成により光利用効率を高めることができる偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタを提供すること。
【解決手段】 光源３１Ｒから射出された射出光を分離するとともに、射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面３５ａを有する偏光分離部３５と、該偏光分離面３５ａにより反射した偏光成分を、偏光分離面３５ａにより透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面３６ａを有する反射部３６と、特定の振動方向の偏光光または他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板３７とを備え、偏光分離面３５ａが、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【解決手段】 光源３１Ｒから射出された射出光を分離するとともに、射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面３５ａを有する偏光分離部３５と、該偏光分離面３５ａにより反射した偏光成分を、偏光分離面３５ａにより透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面３６ａを有する反射部３６と、特定の振動方向の偏光光または他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板３７とを備え、偏光分離面３５ａが、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の発達は目覚ましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（プロジェクタ）が知られている。投射型表示装置用の照明装置としては、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の光源を備えるものが知られている。
【０００３】
このような光源から射出された照射光を有効に活用するために、プロジェクタには照明光をｓ偏光またはｐ偏光に揃えて液晶ライトバルブに入射させる偏光変換部（偏光変換光学素子）が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、照明光をｓ偏光に変換する偏光変換部は、照明光をｓ偏光とｐ偏光とに分離する偏光分離膜（偏光分離面）と、分離されたｐ偏光をｓ偏光に変換する位相差層（λ／２波長板）とから構成されている。このように、偏光変換部においてｓ偏光またはｐ偏光に変換された光は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色光に分離される。分離された色光の光束は、それぞれの色光に対応した３枚の液晶ライトバルブによって変調された後、合成され、スクリーン等に投射される。
【特許文献１】特開平５−７２４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光源として超高圧水銀ランプのようにアーク長が非常に短く、模擬的に点光源とみなせる光源を用いる場合は、偏光変換部に略平行光を入射可能である。一方、プロジェクタの光源として、固体光源を用いることよる小型化が提案されている。固体光源は、電源を含めて小型であり、瞬時点灯／消灯が可能であること、色再現性が広く長寿命であることなど、プロジェクタ用光源としてのメリットを有している。このように、エテンデュ（光源と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角との積、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）の大きい光源を用いた場合は、偏光変換部に平行光を入射させることが難しくなり、光の利用効率が低下してしまう。
一般的に、偏光分離膜としては誘電体多層膜が用いられ、位相差層としては複屈折性を有する高分子材料が用いられている。また、誘電体多層膜からなる偏光分離膜を有する偏光変換部を用いると、入射角度依存性が生じるため、入射する光の角度によっては、偏光分離膜において、光の吸収が発生してしまい、偏光分離膜における光の透過率及び反射率が低下し、光の利用効率を低下させてしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成により光利用効率を高めることができる偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の偏光変換光学素子は、光源から射出された射出光を分離するとともに、前記射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離部と、該偏光分離面により反射した偏光成分を、前記偏光分離面により透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面を有する反射部と、前記特定の振動方向の偏光光または前記他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板とを備え、前記偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る偏光変換光学素子では、光源から射出された光は、偏光分離部に入射し、偏光分離面に到達する。このとき、偏光分離面に到達した光のうち特定の振動方向の偏光光は透過し、これに対して、特定の振動方向以外の他の振動方向の光は、偏光分離面で反射され、反射部に向かう。反射部の反射面に向かった光は、偏光分離面により透過した特定の方向に振動する偏光光と略平行な方向へ反射される。そして、他の偏光方向の偏光光の光路上に１／２波長板が配されている場合、他の振動方向の偏光光は特定の振動方向に変換され、偏光変換光学素子から射出される光は、特定の振動方向の偏光光に揃えられる。一方、特定の偏光方向の偏光光の光路上に１／２波長板が配されている場合、偏光変換光学素子から射出される光は、他の振動方向の偏光光に揃えられる。そして、偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有するため、従来の誘電体多層膜に比べ、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じることのない偏光変換光学素子を得ることができる。すなわち、偏光分離面に入射する光の入射角度依存性を低減することができるため、光源から射出された光の光量を落とすことなく透過及び反射面に反射させることが可能となり、光利用効率を高めることができる。
【０００８】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記１／２波長板が、無機材料からなることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、偏光分離面に加えて１／２波長板も無機材料からなるため、耐光性が向上するので、入射される光の強度が大きい場合においても、入射した偏光光を安定して所望の偏光光に変換させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記偏光分離面が形成された基板と、前記反射面が形成された基板と、前記各々の基板を着脱可能に保持する枠体とを備えることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、基板を着脱可能に保持する枠体に各々の基板を嵌め込むことにより、用途に応じた偏光分離部及び反射部に代えることができる。したがって、簡易な構成により、所望の偏光特性を有する偏光変換光学素子を作製することができる。
【００１０】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記偏光分離部が三角プリズムからなり、前記偏光分離面が前記三角プリズムの斜面に形成されているとともに、前記斜面が入射光の光軸に対して４５度傾斜して配されていることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、三角プリズムの斜面に偏光分離面を形成することで、偏光分離部により反射した後反射面において反射した光と、偏光分離部により透過した光とを所望の範囲に抑えて射出させることができる。このように、入射する光をコリメートする効果を有しているので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
本発明の照明装置は、上記の偏光変換光学素子と、該偏光変換光学素子に光を射出する光源とを備えることを特徴とする。
本発明に係る照明装置では、入射角度依存性を低減することができる偏光変換光学素子を用いているため、光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の照明装置は、前記偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に、光束幅変換手段を備えることが好ましい。
本発明に係る照明装置では、偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に光束幅変換手段を備えることにより、光源から射出された光の光束が絞られて偏光変換光学素子の偏光分離部に入射されるため、光の損失を抑え、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明のプロジェクタは、上記の照明装置と、該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、該空間光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタでは、照明装置より射出された光は空間光変調装置に入射される。そして、空間光変調装置により変調された画像が、投射装置によって投影される。このとき、照明装置より射出される光は、上述したように、特定の方向に振動する光に揃えられているため、空間光変調装置を通過する際、光量を落とすことがないので、高い消光比を維持するとともに、明るさが均一な画像を投射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、画像信号に応じた光をスクリーン４２に投射し、スクリーン４２に対してプロジェクタ１と同じ側から投射像を観察する、いわゆるフロント型プロジェクタである。
【００１７】
プロジェクタ１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を射出するＲ光用照明装置（照明装置）１０Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を射出するＧ光用照明装置（照明装置）１０Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を射出するＢ光用照明装置（照明装置）１０Ｂと、それぞれの照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから射出されたＲ、Ｇ、Ｂの輝度を画像信号に応じて変調する透過型液晶ライトバルブ（空間光変調装置）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするダイクロイックプリズム４０と、ダイクロイックプリズム４０から射出されたカラー画像をスクリーン４２に投射する投射レンズ（投射装置）４１とを備えている。
【００１８】
Ｒ光用照明装置１０Ｒは、光源部１１Ｒと、光源部１１Ｒの射出端面に設けられたロッドインテグレータ２１Ｒとを備えている。また、Ｇ光用照明装置１０Ｇ，Ｂ光用照明装置１０Ｂも同様に、光源部１１Ｇ，１１Ｂ及びロッドインテグレータ２１Ｇ，２１Ｂを有している。
また、ロッドインテグレータ２１Ｒは、中実のガラスや樹脂などの透明な部材でできており、光源部１１Ｒから射出された光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに導くとともに、内部で全反射を繰り返すことにより、光源部１１Ｒから照射された光の照度分布を略均一にしている。
【００１９】
光源部１１Ｒは、図２に示すように、光を射出する発光部であるＲ光用ＬＥＤ（光源）３１Ｒと、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光を略平行化するコリメータレンズ（平行化光学系）３２と、コリメータレンズ３２を透過した光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する偏光変換光学素子３３と、偏光変換光学素子３３を透過した光をロッドインテグレータ２１Ｒに入射させる集光レンズ３４とを備えている。
【００２０】
偏光変換光学素子３３は、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された射出光を分離するとともに、射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面３５ａを有する立方体状の偏光分離部３５と、偏光分離面３５ａにより反射した偏光成分を、偏光分離面３５ａにより透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面３６ａを有する立方体状の反射部３６と、特定の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板３７とを備えている。
【００２１】
次に、本実施形態の偏光分離面３５ａについて説明する。
偏光分離面３５ａは、ワイヤグリッド型偏光フィルタとなっており、図３に示すように、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有している。
具体的には、偏光分離面３５ａは、構造複屈折型偏光板の一種であり、ガラス基板４０上に形成された金属薄膜に、所定方向に延びる微細なリブ４１が形成された構造を有している。この金属薄膜は、アルミニウムやタングステン等を用いて、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。また微細なリブ４１は、２光束干渉露光法や、電子線描画法、Ｘ線リソグラフィー法等と、エッチングとを組み合わせることによって形成することができる。そして、この微細なリブ４１のピッチは、反射すべき光の波長より短く形成されている。これにより、微細なリブ４１と平行方向の直線偏光を反射し、垂直方向の直線偏光を透過することができるようになっている。このワイヤグリッド型偏光フィルタは、構造が単純なので容易に製造することができる。
【００２２】
また、偏光分離部３５は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光を反射させ、偏光分離面３５ａで反射されたｓ偏光光を反射部３６の反射面３６ａに向かって反射させるものである。
【００２３】
さらに、偏光分離部３５は、図２に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光軸Ｏ上に配されている。また、偏光分離部３５に設けられた偏光分離面３５ａと反射面３６に設けられた反射面３６ａとは、光軸Ｏに対して４５度傾斜して配されるとともに、略平行となるように配されている。
反射面３６ａは、光反射率の高い部材、例えば、アルミニウムや銀等の金属部材によって構成されている。また、１／２波長板３７は、反射部３６の射出端面３６ｂに直接接触して設けられている。
【００２４】
また、光源部１１Ｇは、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒに代えてＧ光用ＬＥＤ３１Ｇを有し、光源部１１Ｂは、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒに代えてＢ光用ＬＥＤ３１Ｂを有している点の他は光源部１１Ｒと同様の構成を有している。
【００２５】
ロッドインテグレータ２１Ｒから射出されたＲ光は、図１に示すように、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射するようになっている。ロッドインテグレータ２１Ｒの光が伝播する部分の断面は、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒの変調領域と略同一の形状を有している。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２６】
Ｇ光用照明装置１０Ｇの光源部１１Ｇから射出された光は、ロッドインテグレータ２１Ｇによって透過型液晶ライトバルブ２０Ｇに入射するようになっている。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２７】
また、Ｂ光用照明装置１０Ｂの光源部１１Ｂから射出された光は、同様に、ロッドインテグレータ２１Ｂによって透過型液晶ライトバルブ２０Ｂに入射するようになっている。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｂは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２８】
ダイクロイックプリズム４０は、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過するダイクロイック膜と、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過するダイクロイック膜とをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイックプリズム４０は、各空間光変調装置２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。ダイクロイックプリズム４０で合成された光は、投射レンズ４１によってスクリーン４２へ投射される。
【００２９】
次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ１を用いて、画像をスクリーン４２に投射する方法について説明する。
なお、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒ，Ｇ光用ＬＥＤ３１Ｇ，Ｂ光用ＬＥＤ３１Ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された赤色光についての作用を説明し、その他の緑色光、青色光についての作用は説明を省略する。
【００３０】
まず、Ｒ光用照明装置１０ＲのＲ光用ＬＥＤ３１Ｒに電流が供給されると、図２に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから赤色光がコリメータレンズ３２に向けて射出される。
コリメータレンズ３２に入射した赤色光は平行化され、偏光変換光学素子３３に入射される。そして、偏光分離部３５の偏光分離面３５ａにおいて、ｐ偏光光のみが透過され、ｓ偏光光は反射部３６の反射面３６ａに向かって反射される。反射面３６ａにおいて反射されたｓ偏光光は、偏光分離面３５ａと反射面３６ａとが略平行に配されているため、偏光分離面３５ａを透過したｐ偏光光と略平行に進行する。次いで、ｓ偏光光は反射部３６の射出端面３６ｂから射出される際、１／２波長板３７により、ｐ偏光光に変換され射出される。このようにして、偏光分離部３５の偏光分離面３５ａにおいて、透過した光及び反射部３６の射出端面３６ｂより射出された光は、偏光方向が揃えられた光となっている。その後、偏光方向が揃えられた光は、ロッドインテグレータ２１Ｒにより照度分布が均一化され、ロッドインテグレータ２１Ｒから射出された後、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射される。そして、プロジェクタ１に入力された映像信号に基づいて変調され、ダイクロイックプリズム４０に向けて射出される。
【００３１】
ダイクロイックプリズム４０には、同様に、映像信号に基づいて変調された緑色光のｐ偏光及び青色光のｐ偏光も入射される。これらの色光が、青色光を反射する青色光反射ダイクロイック膜と赤色光を反射する赤色光反射ダイクロイック膜とによって合成されてカラー画像を表す光が形成され、投射レンズ４１に向けて射出される。投射レンズ４１は、カラー画像を表す光をスクリーン４２に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。
【００３２】
具体的には、本実施形態では、図４に示すような入射角度依存特性及び波長依存特性を有する偏光分離面３５ａが用いられている。これは、入射角度（偏光分離面３５ａに入射するｐ偏光光またはｓ偏光光の光軸Ｏと偏光分離面３５ａとのなす角）が４５度（実線）、３０度（破線）のそれぞれの場合における特性を示している。図４から分かるように、ｐ偏光光に対しては、入射角度が４５度、３０度のいずれの場合も広い波長域に渡って透過率が略０．９と安定した値になっている。また、ｓ偏光光に対しては、広い波長域に渡って透過率が０となっている。したがって、入射角度に対する透過率の変動がほとんどないことが分かる。
【００３３】
（比較例）
ここで、本発明の偏光分離面３５ａの入射角度依存特性及び波長依存特性を説明する比較例として、従来の構造、すなわち、誘電体多層膜により形成されたＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）の特性を図５のグラフに示す。
図５から分かるように、ｐ偏光光に対しては、入射角度が４５度（実線）の場合、透過率が略１．０であるが、入射角度が３０度（破線）の場合、透過率の変動が激しく、入射させる波長帯域によっては透過率が０．８以下となってしまう。また、ｓ偏光光に対しては、入射角度が４５度の場合、透過率が略０であるが、入射角度が３０度の場合、透過率の変動が激しく、入射させる波長帯域によっては透過率が０．１を越えてしまう。したがって、入射角度に対する透過率の変動があるため、安定した特性を得ることが困難である。
【００３４】
本実施形態に係るプロジェクタ１及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、偏光変換光学素子３３の偏光分離面３５ａが、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有するため、従来の誘電体多層膜に比べ、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じない。また、偏光分離面３５ａに入射する光の入射角度依存性を低減することができるので、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光量を落とすことなく透過及び反射面３６ａに反射させることが可能となる。
【００３５】
（プロジェクタの第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタにおいて、第２実施形態では、偏光変換光学素子５０の構成において、第１実施形態と異なる。
【００３６】
偏光変換光学素子５０は、偏光分離部５１及び反射部５２を有する中空の枠体６０と、偏光分離面５３ａ及び反射面５４ａが形成された各々の基板５３，５４とを備え、枠体６０には、各々の基板５３，５４を保持可能な挿入孔６０ａ，６０ｂがそれぞれ形成されている。また、偏光分離部５１及び反射部５２は、枠体６０に一体に形成されている。
また、挿入孔６０ａ，６０ｂは、光軸Ｏに対して４５度傾斜して配されており、さらには、基板５３，５４と同等の大きさであるため、各基板５３，５４を保持可能となっている。
【００３７】
さらに、偏光分離面５３ａが形成された基板５３は、図７に示すように、平板状のガラス基板５５上に、第１実施形態と同様のリブ５６が形成されている。また、反射面５４ａが形成された基板５４は、平板状であり、光反射率の高い部材、例えば、アルミニウムや銀等の金属部材によって構成されている。
【００３８】
本実施形態に係るプロジェクタ及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、中空の枠体６０に形成された挿入孔６０ａ，６０ｂに基板５３，５４を嵌め込むことにより、用途に応じた偏光分離部５１及び反射部５２に代えることができる。したがって、簡易な構成により、所望の偏光特性を有する偏光変換光学素子５０を作製することができる。
【００３９】
（プロジェクタの第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について、図８を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタにおいて、第１実施形態と異なる点は、偏光変換光学素子７０の偏光分離部７１が三角プリズムからなっている点である。
【００４０】
偏光分離部７１は、断面形状が直角二等辺三角形となっており、斜面７１ａに偏光分離面７２が接着されている。なお、偏光分離面７２は接着に限らず、直接形成されていても良い。また、偏光分離部７１は、斜面７１ａが入射光の光軸Ｏに対して４５度傾斜するように配されている。
また、反射部７３も、偏光分離部７１と同様に、三角プリズムからなっており、斜面７３ａに反射面７４が形成されている。なお、本実施形態では、反射部７３も三角プリズムからなる構成にしたが、反射部７３は、第１実施形態と同様の立方体状の反射部３６であっても良い。
【００４１】
本実施形態に係るプロジェクタ及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、偏光分離部７１の斜面に偏光分離面７２を形成することで、偏光分離部７１に入射した光を所望の範囲に抑えて反射面７４に反射させることができる。また、入射する光をコリメートする効果を有しているので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、偏光変換光学素子３３の偏光分離部３５の入射端面３５ｂ側の光路上に、光束幅変換手段８０を備えていても良い。光束幅変換手段８０は、図９に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒと偏光分離部３５との間に２枚のレンズで構成されており、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束幅を全体的に縮小させている。このような光束幅変換手段８０を備えることにより、光束幅が広い場合においても、偏光分離部３５側にのみＲ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束が絞られて入射されるため、光の損失を抑え、光の利用効率を向上させることが可能となる。
なお、偏光変換光学素子３３に代えて上述した偏光変換光学素子５０，７０を用いても同様の効果が得られる。また、光束幅変換手段８０は、１枚のレンズ、あるいは、３枚以上のレンズにより構成されていても良い。また、シリンドリカルレンズを用いてＸ方向、または、Ｙ方向のいずれか一方向にＲ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束を縮小させる構成であっても良い。
【００４３】
また、偏光変換光学素子３３，５０，７０は、１／２波長板３７が反射面３６ａ，５４ａ，７４で反射された光の光路上に配される構成にしたが、これに代えて、偏光分離面３５ａ，５３ａ，７２により透過した光の光路上に配される構成にしても良い。また、１／２波長板３７が、無機材料からなっていても良く、例えば、偏光分離面３５ａと同様に、２次元のフォトニック結晶構造を有していても良い。この構成の場合、１／２波長板３７の耐光性が向上するので、入射される光の強度が大きい場合においても、入射した偏光光を安定して所望の偏光光に変換させることが可能となる。
また、光源部１１Ｒに１つの偏光変換光学素子３３を備えた構成にしたが、光軸Ｏに垂直な方向にアレイ状に配列させた構成であっても良い。
さらに、反射面３６ａ，５４ａ，７４としては、アルミニウムや銀等の金属部材としたが、これに限るものではなく、金属反射膜，誘電体多層膜，無機偏光板からなっていても良い。
【００４４】
さらに、光源としてＬＥＤを用いたが、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等を用いても良い。これらのランプを用いる場合、プロジェクタ９０の構成としては、図１０に示すように、光源９０ａから射出された白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する第１のダイクロイックミラー９１と、透過した赤色光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射させる反射ミラー９２と、第１のダイクロイックミラー９１において反射した青色光を透過し、緑色光を反射し透過型液晶ライトバルブ２０Ｇに入射させる第２のダイクロイックミラー９３と、透過した青色光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｂに入射させる反射ミラー９４，９５とを備えた構成になる。この構成では、上述した偏光変換光学素子３３を光源９０ａと第１のダイクロイックミラー９１との間に配置することにより、光利用効率を高めたプロジェクタ９０を実現することが可能になる。なお、偏光変換光学素子３３に代えて、偏光変換光学素子５０または偏光変換光学素子７０を用いても良い。
【００４５】
また、上述した各実施形態では、空間光変調装置として透過型の液晶表示装置を用いたが、反射型の液晶表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、登録商標）等を用いることができる。また、投射装置として投射レンズ４１を用いたが、複数のミラーを組み合わせてミラー投射方式を用いることも可能である。また、照明装置からロッドインテグレータを省いた構成としても良い。また、本発明の画像表示装置は、上述したプロジェクタ等の投射型表示装置以外の、直視型表示装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す概略図である。
【図２】図１の照明装置の構成を説明する図である。
【図３】図１の偏光分離面を説明する図である。
【図４】図１の偏光分離面の透過率特性を示すグラフである。
【図５】従来の偏光分離面の透過率特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの偏光変換光学素子を示す斜視図である。
【図７】図６の偏光変換光学素子の偏光分離面が形成された基板を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの偏光変換光学素子を示す断面図である。
【図９】本発明の各実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す図である。
【図１０】本発明のプロジェクタの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，９０…プロジェクタ、１０Ｒ…Ｒ光用照明装置（照明装置）、１０Ｇ…Ｇ光用照明装置（照明装置）、１０Ｂ…Ｂ光用照明装置（照明装置）、２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…透過型液晶ライトバルブ（空間光変調装置）、３１Ｒ…Ｒ光用ＬＥＤ（光源）、３１Ｇ…Ｇ光用ＬＥＤ（光源）、３１Ｂ…Ｂ光用ＬＥＤ（光源）、３３，５０，７０…偏光変換光学素子、３５ａ…偏光分離面、３５…偏光分離部、３６ａ…反射面、３６…反射部、３７…１／２波長板、４１…投射レンズ（投射装置）、６０…枠体、５３，５４…基板、６０ａ，６０ｂ…挿入孔、７１…偏光分離部（プリズム）、７０ａ…斜面、８０…光束幅変換手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の発達は目覚ましく、解像度が高く、低消費電力でかつ薄型の表示装置の要求が高まり、研究開発が進められている。中でも液晶表示装置は液晶分子の配列を電気的に制御して、光学的特性を変化させることができ、上記のニーズに対応できる表示装置として期待されている。このような液晶表示装置の一形態として、液晶ライトバルブを用いた光学系からなる映像源から出射される画像を、投射レンズを通してスクリーンに拡大投射する投射型表示装置（プロジェクタ）が知られている。投射型表示装置用の照明装置としては、例えばメタルハライドランプ、超高圧水銀灯やハロゲンランプ等の光源を備えるものが知られている。
【０００３】
このような光源から射出された照射光を有効に活用するために、プロジェクタには照明光をｓ偏光またはｐ偏光に揃えて液晶ライトバルブに入射させる偏光変換部（偏光変換光学素子）が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、照明光をｓ偏光に変換する偏光変換部は、照明光をｓ偏光とｐ偏光とに分離する偏光分離膜（偏光分離面）と、分離されたｐ偏光をｓ偏光に変換する位相差層（λ／２波長板）とから構成されている。このように、偏光変換部においてｓ偏光またはｐ偏光に変換された光は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色光に分離される。分離された色光の光束は、それぞれの色光に対応した３枚の液晶ライトバルブによって変調された後、合成され、スクリーン等に投射される。
【特許文献１】特開平５−７２４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光源として超高圧水銀ランプのようにアーク長が非常に短く、模擬的に点光源とみなせる光源を用いる場合は、偏光変換部に略平行光を入射可能である。一方、プロジェクタの光源として、固体光源を用いることよる小型化が提案されている。固体光源は、電源を含めて小型であり、瞬時点灯／消灯が可能であること、色再現性が広く長寿命であることなど、プロジェクタ用光源としてのメリットを有している。このように、エテンデュ（光源と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角との積、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）の大きい光源を用いた場合は、偏光変換部に平行光を入射させることが難しくなり、光の利用効率が低下してしまう。
一般的に、偏光分離膜としては誘電体多層膜が用いられ、位相差層としては複屈折性を有する高分子材料が用いられている。また、誘電体多層膜からなる偏光分離膜を有する偏光変換部を用いると、入射角度依存性が生じるため、入射する光の角度によっては、偏光分離膜において、光の吸収が発生してしまい、偏光分離膜における光の透過率及び反射率が低下し、光の利用効率を低下させてしまうことになる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成により光利用効率を高めることができる偏光変換光学素子、照明装置及びプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の偏光変換光学素子は、光源から射出された射出光を分離するとともに、前記射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離部と、該偏光分離面により反射した偏光成分を、前記偏光分離面により透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面を有する反射部と、前記特定の振動方向の偏光光または前記他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板とを備え、前記偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る偏光変換光学素子では、光源から射出された光は、偏光分離部に入射し、偏光分離面に到達する。このとき、偏光分離面に到達した光のうち特定の振動方向の偏光光は透過し、これに対して、特定の振動方向以外の他の振動方向の光は、偏光分離面で反射され、反射部に向かう。反射部の反射面に向かった光は、偏光分離面により透過した特定の方向に振動する偏光光と略平行な方向へ反射される。そして、他の偏光方向の偏光光の光路上に１／２波長板が配されている場合、他の振動方向の偏光光は特定の振動方向に変換され、偏光変換光学素子から射出される光は、特定の振動方向の偏光光に揃えられる。一方、特定の偏光方向の偏光光の光路上に１／２波長板が配されている場合、偏光変換光学素子から射出される光は、他の振動方向の偏光光に揃えられる。そして、偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有するため、従来の誘電体多層膜に比べ、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じることのない偏光変換光学素子を得ることができる。すなわち、偏光分離面に入射する光の入射角度依存性を低減することができるため、光源から射出された光の光量を落とすことなく透過及び反射面に反射させることが可能となり、光利用効率を高めることができる。
【０００８】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記１／２波長板が、無機材料からなることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、偏光分離面に加えて１／２波長板も無機材料からなるため、耐光性が向上するので、入射される光の強度が大きい場合においても、入射した偏光光を安定して所望の偏光光に変換させることが可能となる。
【０００９】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記偏光分離面が形成された基板と、前記反射面が形成された基板と、前記各々の基板を着脱可能に保持する枠体とを備えることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、基板を着脱可能に保持する枠体に各々の基板を嵌め込むことにより、用途に応じた偏光分離部及び反射部に代えることができる。したがって、簡易な構成により、所望の偏光特性を有する偏光変換光学素子を作製することができる。
【００１０】
また、本発明の偏光変換光学素子は、前記偏光分離部が三角プリズムからなり、前記偏光分離面が前記三角プリズムの斜面に形成されているとともに、前記斜面が入射光の光軸に対して４５度傾斜して配されていることが好ましい。
本発明に係る偏光変換光学素子では、三角プリズムの斜面に偏光分離面を形成することで、偏光分離部により反射した後反射面において反射した光と、偏光分離部により透過した光とを所望の範囲に抑えて射出させることができる。このように、入射する光をコリメートする効果を有しているので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
本発明の照明装置は、上記の偏光変換光学素子と、該偏光変換光学素子に光を射出する光源とを備えることを特徴とする。
本発明に係る照明装置では、入射角度依存性を低減することができる偏光変換光学素子を用いているため、光源から射出された光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の照明装置は、前記偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に、光束幅変換手段を備えることが好ましい。
本発明に係る照明装置では、偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に光束幅変換手段を備えることにより、光源から射出された光の光束が絞られて偏光変換光学素子の偏光分離部に入射されるため、光の損失を抑え、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
本発明のプロジェクタは、上記の照明装置と、該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、該空間光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタでは、照明装置より射出された光は空間光変調装置に入射される。そして、空間光変調装置により変調された画像が、投射装置によって投影される。このとき、照明装置より射出される光は、上述したように、特定の方向に振動する光に揃えられているため、空間光変調装置を通過する際、光量を落とすことがないので、高い消光比を維持するとともに、明るさが均一な画像を投射することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１６】
本発明の第１実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
本実施形態のプロジェクタ１は、図１に示すように、画像信号に応じた光をスクリーン４２に投射し、スクリーン４２に対してプロジェクタ１と同じ側から投射像を観察する、いわゆるフロント型プロジェクタである。
【００１７】
プロジェクタ１は、赤色光（以下、「Ｒ光」という。）を射出するＲ光用照明装置（照明装置）１０Ｒと、緑色光（以下、「Ｇ光」という。）を射出するＧ光用照明装置（照明装置）１０Ｇと、青色光（以下、「Ｂ光」という。）を射出するＢ光用照明装置（照明装置）１０Ｂと、それぞれの照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂから射出されたＲ、Ｇ、Ｂの輝度を画像信号に応じて変調する透過型液晶ライトバルブ（空間光変調装置）２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂと、変調された各色光を合成してカラー画像とするダイクロイックプリズム４０と、ダイクロイックプリズム４０から射出されたカラー画像をスクリーン４２に投射する投射レンズ（投射装置）４１とを備えている。
【００１８】
Ｒ光用照明装置１０Ｒは、光源部１１Ｒと、光源部１１Ｒの射出端面に設けられたロッドインテグレータ２１Ｒとを備えている。また、Ｇ光用照明装置１０Ｇ，Ｂ光用照明装置１０Ｂも同様に、光源部１１Ｇ，１１Ｂ及びロッドインテグレータ２１Ｇ，２１Ｂを有している。
また、ロッドインテグレータ２１Ｒは、中実のガラスや樹脂などの透明な部材でできており、光源部１１Ｒから射出された光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに導くとともに、内部で全反射を繰り返すことにより、光源部１１Ｒから照射された光の照度分布を略均一にしている。
【００１９】
光源部１１Ｒは、図２に示すように、光を射出する発光部であるＲ光用ＬＥＤ（光源）３１Ｒと、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光を略平行化するコリメータレンズ（平行化光学系）３２と、コリメータレンズ３２を透過した光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射する偏光変換光学素子３３と、偏光変換光学素子３３を透過した光をロッドインテグレータ２１Ｒに入射させる集光レンズ３４とを備えている。
【００２０】
偏光変換光学素子３３は、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された射出光を分離するとともに、射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面３５ａを有する立方体状の偏光分離部３５と、偏光分離面３５ａにより反射した偏光成分を、偏光分離面３５ａにより透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面３６ａを有する立方体状の反射部３６と、特定の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板３７とを備えている。
【００２１】
次に、本実施形態の偏光分離面３５ａについて説明する。
偏光分離面３５ａは、ワイヤグリッド型偏光フィルタとなっており、図３に示すように、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有している。
具体的には、偏光分離面３５ａは、構造複屈折型偏光板の一種であり、ガラス基板４０上に形成された金属薄膜に、所定方向に延びる微細なリブ４１が形成された構造を有している。この金属薄膜は、アルミニウムやタングステン等を用いて、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。また微細なリブ４１は、２光束干渉露光法や、電子線描画法、Ｘ線リソグラフィー法等と、エッチングとを組み合わせることによって形成することができる。そして、この微細なリブ４１のピッチは、反射すべき光の波長より短く形成されている。これにより、微細なリブ４１と平行方向の直線偏光を反射し、垂直方向の直線偏光を透過することができるようになっている。このワイヤグリッド型偏光フィルタは、構造が単純なので容易に製造することができる。
【００２２】
また、偏光分離部３５は、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光を透過させ、特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光を反射させ、偏光分離面３５ａで反射されたｓ偏光光を反射部３６の反射面３６ａに向かって反射させるものである。
【００２３】
さらに、偏光分離部３５は、図２に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光軸Ｏ上に配されている。また、偏光分離部３５に設けられた偏光分離面３５ａと反射面３６に設けられた反射面３６ａとは、光軸Ｏに対して４５度傾斜して配されるとともに、略平行となるように配されている。
反射面３６ａは、光反射率の高い部材、例えば、アルミニウムや銀等の金属部材によって構成されている。また、１／２波長板３７は、反射部３６の射出端面３６ｂに直接接触して設けられている。
【００２４】
また、光源部１１Ｇは、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒに代えてＧ光用ＬＥＤ３１Ｇを有し、光源部１１Ｂは、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒに代えてＢ光用ＬＥＤ３１Ｂを有している点の他は光源部１１Ｒと同様の構成を有している。
【００２５】
ロッドインテグレータ２１Ｒから射出されたＲ光は、図１に示すように、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射するようになっている。ロッドインテグレータ２１Ｒの光が伝播する部分の断面は、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒの変調領域と略同一の形状を有している。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２６】
Ｇ光用照明装置１０Ｇの光源部１１Ｇから射出された光は、ロッドインテグレータ２１Ｇによって透過型液晶ライトバルブ２０Ｇに入射するようになっている。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、Ｇ光用空間光変調装置２０Ｇで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２７】
また、Ｂ光用照明装置１０Ｂの光源部１１Ｂから射出された光は、同様に、ロッドインテグレータ２１Ｂによって透過型液晶ライトバルブ２０Ｂに入射するようになっている。また、透過型液晶ライトバルブ２０Ｂは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置であり、Ｂ光用空間光変調装置２０Ｂで変調された光は、色合成光学系であるダイクロイックプリズム４０に入射するようになっている。
【００２８】
ダイクロイックプリズム４０は、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過するダイクロイック膜と、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過するダイクロイック膜とをＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイックプリズム４０は、各空間光変調装置２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。ダイクロイックプリズム４０で合成された光は、投射レンズ４１によってスクリーン４２へ投射される。
【００２９】
次に、以上の構成からなる本実施形態のプロジェクタ１を用いて、画像をスクリーン４２に投射する方法について説明する。
なお、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒ，Ｇ光用ＬＥＤ３１Ｇ，Ｂ光用ＬＥＤ３１Ｂから射出された各色光についての作用は同一であるので、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された赤色光についての作用を説明し、その他の緑色光、青色光についての作用は説明を省略する。
【００３０】
まず、Ｒ光用照明装置１０ＲのＲ光用ＬＥＤ３１Ｒに電流が供給されると、図２に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから赤色光がコリメータレンズ３２に向けて射出される。
コリメータレンズ３２に入射した赤色光は平行化され、偏光変換光学素子３３に入射される。そして、偏光分離部３５の偏光分離面３５ａにおいて、ｐ偏光光のみが透過され、ｓ偏光光は反射部３６の反射面３６ａに向かって反射される。反射面３６ａにおいて反射されたｓ偏光光は、偏光分離面３５ａと反射面３６ａとが略平行に配されているため、偏光分離面３５ａを透過したｐ偏光光と略平行に進行する。次いで、ｓ偏光光は反射部３６の射出端面３６ｂから射出される際、１／２波長板３７により、ｐ偏光光に変換され射出される。このようにして、偏光分離部３５の偏光分離面３５ａにおいて、透過した光及び反射部３６の射出端面３６ｂより射出された光は、偏光方向が揃えられた光となっている。その後、偏光方向が揃えられた光は、ロッドインテグレータ２１Ｒにより照度分布が均一化され、ロッドインテグレータ２１Ｒから射出された後、透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射される。そして、プロジェクタ１に入力された映像信号に基づいて変調され、ダイクロイックプリズム４０に向けて射出される。
【００３１】
ダイクロイックプリズム４０には、同様に、映像信号に基づいて変調された緑色光のｐ偏光及び青色光のｐ偏光も入射される。これらの色光が、青色光を反射する青色光反射ダイクロイック膜と赤色光を反射する赤色光反射ダイクロイック膜とによって合成されてカラー画像を表す光が形成され、投射レンズ４１に向けて射出される。投射レンズ４１は、カラー画像を表す光をスクリーン４２に向けて拡大投射して、カラー画像を表示する。
【００３２】
具体的には、本実施形態では、図４に示すような入射角度依存特性及び波長依存特性を有する偏光分離面３５ａが用いられている。これは、入射角度（偏光分離面３５ａに入射するｐ偏光光またはｓ偏光光の光軸Ｏと偏光分離面３５ａとのなす角）が４５度（実線）、３０度（破線）のそれぞれの場合における特性を示している。図４から分かるように、ｐ偏光光に対しては、入射角度が４５度、３０度のいずれの場合も広い波長域に渡って透過率が略０．９と安定した値になっている。また、ｓ偏光光に対しては、広い波長域に渡って透過率が０となっている。したがって、入射角度に対する透過率の変動がほとんどないことが分かる。
【００３３】
（比較例）
ここで、本発明の偏光分離面３５ａの入射角度依存特性及び波長依存特性を説明する比較例として、従来の構造、すなわち、誘電体多層膜により形成されたＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）の特性を図５のグラフに示す。
図５から分かるように、ｐ偏光光に対しては、入射角度が４５度（実線）の場合、透過率が略１．０であるが、入射角度が３０度（破線）の場合、透過率の変動が激しく、入射させる波長帯域によっては透過率が０．８以下となってしまう。また、ｓ偏光光に対しては、入射角度が４５度の場合、透過率が略０であるが、入射角度が３０度の場合、透過率の変動が激しく、入射させる波長帯域によっては透過率が０．１を越えてしまう。したがって、入射角度に対する透過率の変動があるため、安定した特性を得ることが困難である。
【００３４】
本実施形態に係るプロジェクタ１及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、偏光変換光学素子３３の偏光分離面３５ａが、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有するため、従来の誘電体多層膜に比べ、極めて耐熱性に優れるとともに、光吸収をほとんど生じない。また、偏光分離面３５ａに入射する光の入射角度依存性を低減することができるので、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光量を落とすことなく透過及び反射面３６ａに反射させることが可能となる。
【００３５】
（プロジェクタの第２の実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について、図６を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係るプロジェクタ１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係るプロジェクタにおいて、第２実施形態では、偏光変換光学素子５０の構成において、第１実施形態と異なる。
【００３６】
偏光変換光学素子５０は、偏光分離部５１及び反射部５２を有する中空の枠体６０と、偏光分離面５３ａ及び反射面５４ａが形成された各々の基板５３，５４とを備え、枠体６０には、各々の基板５３，５４を保持可能な挿入孔６０ａ，６０ｂがそれぞれ形成されている。また、偏光分離部５１及び反射部５２は、枠体６０に一体に形成されている。
また、挿入孔６０ａ，６０ｂは、光軸Ｏに対して４５度傾斜して配されており、さらには、基板５３，５４と同等の大きさであるため、各基板５３，５４を保持可能となっている。
【００３７】
さらに、偏光分離面５３ａが形成された基板５３は、図７に示すように、平板状のガラス基板５５上に、第１実施形態と同様のリブ５６が形成されている。また、反射面５４ａが形成された基板５４は、平板状であり、光反射率の高い部材、例えば、アルミニウムや銀等の金属部材によって構成されている。
【００３８】
本実施形態に係るプロジェクタ及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、中空の枠体６０に形成された挿入孔６０ａ，６０ｂに基板５３，５４を嵌め込むことにより、用途に応じた偏光分離部５１及び反射部５２に代えることができる。したがって、簡易な構成により、所望の偏光特性を有する偏光変換光学素子５０を作製することができる。
【００３９】
（プロジェクタの第３の実施形態）
次に、本発明に係る第３実施形態について、図８を参照して説明する。
本実施形態に係るプロジェクタにおいて、第１実施形態と異なる点は、偏光変換光学素子７０の偏光分離部７１が三角プリズムからなっている点である。
【００４０】
偏光分離部７１は、断面形状が直角二等辺三角形となっており、斜面７１ａに偏光分離面７２が接着されている。なお、偏光分離面７２は接着に限らず、直接形成されていても良い。また、偏光分離部７１は、斜面７１ａが入射光の光軸Ｏに対して４５度傾斜するように配されている。
また、反射部７３も、偏光分離部７１と同様に、三角プリズムからなっており、斜面７３ａに反射面７４が形成されている。なお、本実施形態では、反射部７３も三角プリズムからなる構成にしたが、反射部７３は、第１実施形態と同様の立方体状の反射部３６であっても良い。
【００４１】
本実施形態に係るプロジェクタ及び照明装置１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂによれば、偏光分離部７１の斜面に偏光分離面７２を形成することで、偏光分離部７１に入射した光を所望の範囲に抑えて反射面７４に反射させることができる。また、入射する光をコリメートする効果を有しているので、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、偏光変換光学素子３３の偏光分離部３５の入射端面３５ｂ側の光路上に、光束幅変換手段８０を備えていても良い。光束幅変換手段８０は、図９に示すように、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒと偏光分離部３５との間に２枚のレンズで構成されており、Ｒ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束幅を全体的に縮小させている。このような光束幅変換手段８０を備えることにより、光束幅が広い場合においても、偏光分離部３５側にのみＲ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束が絞られて入射されるため、光の損失を抑え、光の利用効率を向上させることが可能となる。
なお、偏光変換光学素子３３に代えて上述した偏光変換光学素子５０，７０を用いても同様の効果が得られる。また、光束幅変換手段８０は、１枚のレンズ、あるいは、３枚以上のレンズにより構成されていても良い。また、シリンドリカルレンズを用いてＸ方向、または、Ｙ方向のいずれか一方向にＲ光用ＬＥＤ３１Ｒから射出された光の光束を縮小させる構成であっても良い。
【００４３】
また、偏光変換光学素子３３，５０，７０は、１／２波長板３７が反射面３６ａ，５４ａ，７４で反射された光の光路上に配される構成にしたが、これに代えて、偏光分離面３５ａ，５３ａ，７２により透過した光の光路上に配される構成にしても良い。また、１／２波長板３７が、無機材料からなっていても良く、例えば、偏光分離面３５ａと同様に、２次元のフォトニック結晶構造を有していても良い。この構成の場合、１／２波長板３７の耐光性が向上するので、入射される光の強度が大きい場合においても、入射した偏光光を安定して所望の偏光光に変換させることが可能となる。
また、光源部１１Ｒに１つの偏光変換光学素子３３を備えた構成にしたが、光軸Ｏに垂直な方向にアレイ状に配列させた構成であっても良い。
さらに、反射面３６ａ，５４ａ，７４としては、アルミニウムや銀等の金属部材としたが、これに限るものではなく、金属反射膜，誘電体多層膜，無機偏光板からなっていても良い。
【００４４】
さらに、光源としてＬＥＤを用いたが、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等を用いても良い。これらのランプを用いる場合、プロジェクタ９０の構成としては、図１０に示すように、光源９０ａから射出された白色光に含まれる赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する第１のダイクロイックミラー９１と、透過した赤色光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｒに入射させる反射ミラー９２と、第１のダイクロイックミラー９１において反射した青色光を透過し、緑色光を反射し透過型液晶ライトバルブ２０Ｇに入射させる第２のダイクロイックミラー９３と、透過した青色光を透過型液晶ライトバルブ２０Ｂに入射させる反射ミラー９４，９５とを備えた構成になる。この構成では、上述した偏光変換光学素子３３を光源９０ａと第１のダイクロイックミラー９１との間に配置することにより、光利用効率を高めたプロジェクタ９０を実現することが可能になる。なお、偏光変換光学素子３３に代えて、偏光変換光学素子５０または偏光変換光学素子７０を用いても良い。
【００４５】
また、上述した各実施形態では、空間光変調装置として透過型の液晶表示装置を用いたが、反射型の液晶表示装置、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、登録商標）等を用いることができる。また、投射装置として投射レンズ４１を用いたが、複数のミラーを組み合わせてミラー投射方式を用いることも可能である。また、照明装置からロッドインテグレータを省いた構成としても良い。また、本発明の画像表示装置は、上述したプロジェクタ等の投射型表示装置以外の、直視型表示装置にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを示す概略図である。
【図２】図１の照明装置の構成を説明する図である。
【図３】図１の偏光分離面を説明する図である。
【図４】図１の偏光分離面の透過率特性を示すグラフである。
【図５】従来の偏光分離面の透過率特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプロジェクタの偏光変換光学素子を示す斜視図である。
【図７】図６の偏光変換光学素子の偏光分離面が形成された基板を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るプロジェクタの偏光変換光学素子を示す断面図である。
【図９】本発明の各実施形態に係るプロジェクタの変形例を示す図である。
【図１０】本発明のプロジェクタの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，９０…プロジェクタ、１０Ｒ…Ｒ光用照明装置（照明装置）、１０Ｇ…Ｇ光用照明装置（照明装置）、１０Ｂ…Ｂ光用照明装置（照明装置）、２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ…透過型液晶ライトバルブ（空間光変調装置）、３１Ｒ…Ｒ光用ＬＥＤ（光源）、３１Ｇ…Ｇ光用ＬＥＤ（光源）、３１Ｂ…Ｂ光用ＬＥＤ（光源）、３３，５０，７０…偏光変換光学素子、３５ａ…偏光分離面、３５…偏光分離部、３６ａ…反射面、３６…反射部、３７…１／２波長板、４１…投射レンズ（投射装置）、６０…枠体、５３，５４…基板、６０ａ，６０ｂ…挿入孔、７１…偏光分離部（プリズム）、７０ａ…斜面、８０…光束幅変換手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された射出光を分離するとともに、前記射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離部と、
該偏光分離面により反射した偏光成分を、前記偏光分離面により透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面を有する反射部と、
前記特定の振動方向の偏光光または前記他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板とを備え、
前記偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする偏光変換光学素子。
【請求項２】
前記１／２波長板が、無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光学素子。
【請求項３】
前記偏光分離面が形成された基板と、
前記反射面が形成された基板と、
前記各々の基板を着脱可能に保持する枠体とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光学素子。
【請求項４】
前記偏光分離部が三角プリズムからなり、
前記偏光分離面が前記三角プリズムの斜面に形成されているとともに、前記斜面が入射光の光軸に対して４５度傾斜して配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光学素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光変換光学素子と、
該偏光変換光学素子に光を射出する光源とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に、光束幅変換手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の照明装置と、
該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
該空間光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１】
光源から射出された射出光を分離するとともに、前記射出光のうち特定の振動方向の偏光光を透過させ、前記特定の振動方向とは異なる他の振動方向の偏光光を反射させる偏光分離面を有する偏光分離部と、
該偏光分離面により反射した偏光成分を、前記偏光分離面により透過した偏光光と略平行な方向へ反射させる反射面を有する反射部と、
前記特定の振動方向の偏光光または前記他の振動方向の偏光光の光路上に設けられた１／２波長板とを備え、
前記偏光分離面が、無機材料からなるとともに、２次元のフォトニック結晶構造を有することを特徴とする偏光変換光学素子。
【請求項２】
前記１／２波長板が、無機材料からなることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光学素子。
【請求項３】
前記偏光分離面が形成された基板と、
前記反射面が形成された基板と、
前記各々の基板を着脱可能に保持する枠体とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光学素子。
【請求項４】
前記偏光分離部が三角プリズムからなり、
前記偏光分離面が前記三角プリズムの斜面に形成されているとともに、前記斜面が入射光の光軸に対して４５度傾斜して配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光学素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光変換光学素子と、
該偏光変換光学素子に光を射出する光源とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
前記偏光変換光学素子の入射端面側の光路上に、光束幅変換手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の照明装置と、
該照明装置から射出された光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
該空間光変調装置により変調された光を投射する投射装置とを備えることを特徴とするプロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２２７３６１（Ｐ２００６−２２７３６１Ａ）
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４２０２４（Ｐ２００５−４２０２４）
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３１日（２００６．８．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１８日（２００５．２．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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