投射型液晶表示装置および光学ユニット
【課題】
出射側偏光素子として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制する。
【解決手段】
出射側偏光素子を、前段に配置された偏光分離プリズムと、後段に、光軸に直交するように配置された反射型偏光板とで構成する。
出射側偏光素子として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制する。
【解決手段】
出射側偏光素子を、前段に配置された偏光分離プリズムと、後段に、光軸に直交するように配置された反射型偏光板とで構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を透過型液晶パネル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投射型液晶表示装置および光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
投射型表示装置では、ライトバブルとして透過型液晶パネル（以下、単に、「液晶パネル」ともいう）を用いる場合、一般に、液晶パネルの前後（光入射側および光出射側）に互いに偏光方向が異なる（例えば直交する）偏光板が設けられる。そして、該偏光板には、従来、許容温度の低い、例えばヨウ素や染料分子を含む高分子フィルムを一軸延伸した一軸延伸型の有機フィルム製の吸収型偏光板が使用されている。この吸収型偏光板は、不要な偏光光を吸収し発熱するので、耐熱温度の低い液晶パネルと共に冷却ファンで冷却され、信頼性の向上が図られている。しかし、液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光素子は、黒色表示の場合大部分の光を吸収することになるので、その耐熱性が大きな課題となっている。特に、近年のプロジェタには、小型化を図りながら高輝度化、長寿命化の実現が求められており、出射側偏光素子における耐熱性の課題が益々大きくなってきている。
【０００４】
この課題を解決する一手段として、出射側偏光素子に反射型偏光板を用い、光路の光軸に対して略４５度傾斜させて配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
反射型偏光板は、不要な偏光光を反射させ、ほとんど光吸収しないので、信頼性を確保することができる。しかし、反射型偏光板を光路に対して直交するように配置すると、不要な偏光光の反射光が液晶パネルに戻る。この戻り光は、液晶パネルに内蔵されているＴＦＴ（Thin Film Transistor）に光電効果を生じさせて、ＴＦＴの誤動作を引き起こし、画質劣化を招く懸念がある。そこで、特許文献１の投射型液晶表示装置は、反射型偏光板を光路に対して傾斜するように配置し、反射光が液晶パネルに戻らないようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、平行平面を有する透光性基板を光路の光軸に傾斜して配置すると、非点収差が生じることが知られている。従って、特許文献１に記載の如く、反射型偏光板を光路の光軸に対して傾斜して配置すると、反射型偏光板を透過する偏光光において、反射型偏光板を支持する透光性基板で非点収差が生じ、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）に劣化（例えばボゲ）が生じる。この非点収差は、例えば、特許文献１の図６に示されるように、反射型偏光板を支持する透光性基板の傾きに対して９０度ねじれた方向に傾いた平行平面板の非点収差補正ガラスを配置することで、キャンセルすることができる。しかしながら、反射型偏光板の傾斜配置に加えて、非点収差補正ガラスも傾斜配置するになるので、投射レンズ後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスがより長くなり、投射レンズの大型化を招くという新たな課題が生じる。
【０００８】
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、出射側偏光素子として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる投射型液晶表示装置および光学ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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および光学ユニットでは、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置および光学ユニットであって、前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することとする。
【００１０】
上記のように、本発明では、出射側偏光素子として、前段に、偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを用い、また、後段に、反射型偏光板を光軸に直交するように配置しているので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を抑えることができる。また、反射型偏光板を反射した第２の偏光光を、偏光分離プリズムの偏光分離面で反射させるので、透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、前段に偏光分離プリズムを配置し、後段に反射型偏光板を配置する構成なので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。
【００１１】
また、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および光学ユニットでは、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置および光学ユニットであって、前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることとする。
【００１２】
上記のように、本発明では、出射側偏光素子として、偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを用い、また、偏光分離面に反射型偏光板を挟持しているので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を抑えることができる。また、反射型偏光板を反射した第２の偏光光を、偏光分離プリズムの偏光分離面で反射させるので、透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように、本発明によれば、出射側偏光素子から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる投射型液晶表示装置および光学ユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
まず、実施例１に係わる投射型液晶表示装置の光学系について述べ、その後、本実施例による出射側偏光素子の詳細構成について説明するものとする。
【００１６】
図１は、実施例１に係わる投射型液晶表示装置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、偏光方向を明確にするため、ローカル右手直角座標系を導入しておく。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、図紙面裏から表に向かう軸（図紙面に垂直な軸）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。また、説明の都合上、偏光方向がＸ方向の偏光光を「Ｘ偏光光」といい、偏光方向がＹ方向の偏光光を「Ｙ偏光光」というものとする。
【００１７】
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２００と、投射手段である投射レンズ３００とを備えている。液晶パネル６０は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光素子として、出射側偏光素子として作用する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）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。
【００１８】
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、略白色光を出射するランプ（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。
【００１９】
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。
【００２０】
ランプ１１から出射された光は、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出射される。光源ユニット１０から出射された光は、偏光変換インテグレータに入射する。
【００２１】
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からなる均一照明を行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定の偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２５とで構成される。
【００２２】
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略相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリッ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（光源）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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の偏光光、例えば直線偏光光のＸ偏光光（光軸１０１に直交する面内で偏光方向が図１紙面に垂直なＸ方向の光）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、およびフィールドレンズ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、光源からの偏光方向がランダムな光を所定の偏光方向の偏光光（ここではＸ偏光光）に揃えながら、液晶パネルを均一照明することができる。
【００２７】
照明光学系１００から出射された光（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。
【００２８】
光分離光学系１３０の各光路について具体的に述べる。
【００２９】
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、入射側偏光板５０Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する。
【００３０】
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，入射側偏光板５０Ｇを通して、Ｇ光用液晶パネル６０Ｇに入射する。
【００３１】
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で光軸に略平行とされ、入射側偏光板５０Ｒを通過して、Ｒ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する。
【００３２】
液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光素子として、出射側偏光素子として作用する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）を備える。
【００３３】
各液晶パネル６０は、Ｘ方向を透過軸とする入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）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Ｘ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Ｙ偏光の光学像を形成する。そして、Ｙ偏光（偏光分離プリズム７０の偏光分離面に対してはＰ偏光）の各光学像は、Ｙ方向を透過軸とする偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）により不要な偏光光（ここではＸ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２００に入射する。この時、Ｂ光路およびＲ光路では、反射型無機偏光板８０Ｂ，８０Ｒと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられている。従って、Ｙ偏光のＢ光およびＲ光の光学像はＸ偏光（光合成プリズム２００の色合成を行うダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像とされて、Ｙ偏光（光合成プリズム２００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２００で効率よく光合成される。
【００３４】
光合成プリズム２００は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｒ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２１０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からの光の内、偏光分離プリズム７０および反射型無機偏光板８０を透過する偏光光はＹ偏光光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）である。そこで、Ｂ光路とＲ光路には１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられ、Ｘ偏光光（Ｓ偏光光）とされている。光合成プリズム２００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（ダイク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２１０ｂおよびＲ光用のダイクロイック膜２１０ｒ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、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３００によって、スクリーン（図示せず）に投影される。
【００３５】
冷却用ファン５８０は、例えば入射側偏光板５０，偏光分離プリズム７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル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、入射側偏光板５０，偏光分離プリズム７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０への流路５８５を形成して冷却する。本実施例では、出射側偏光素子として耐熱性、耐ＵＶ性に優れる反射型の偏光分離プリズム７０および反射型無機偏光板８０を用いている（詳細は後述する）。従って、偏光分離プリズム７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０への風量を増やすようにすることができる。このようにすれば、高輝度化に伴う冷却用ファンの能力の増大を招くことなく、入射側偏光板５０や液晶パネル６０を効率的に冷却することが可能となる。
【００３６】
なお、リレー光学系１４０は、ランプ（光源）１１からＢ光用液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）および光源１１からＧ光用液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源１１からＲ光用液晶パネル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。
【００３７】
ここで、リレー光学系１４０について少し述べておく。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、図２を用いて出射側偏光素子の一つを構成する反射型無機偏光板について説明する。無機偏光板は、従来の樹脂などの有機材料で作られた有機偏光板とは異なり、無機材料で構成された偏光板である。有機偏光板と同様に、無機偏光板にも、吸収型と反射型がある。
【００４０】
吸収型無機偏光板としては、例えば特開２００４−２２４６６０号公報などに記載されている、ハロゲン化物および金属（例えば銀）を含むマトリクス材料としてのガラスを熱処理して、ハロゲン化金属微粒子（例えばハロゲン化銀微粒子）を当該ガラス中に析出分散させた後、当該ガラスを加熱延伸し、該延伸により長径と短径とが所定のアスペクト比とされたハロゲン化金属微粒子を還元して金属微粒子（例えば銀微粒子）とすることにより、光学的異方性を持たせた偏光ガラスがある。この偏光ガラスは、マトリクス材料としてのガラスの粘性が高く（流動性が小さく）、大きな面積を有する偏光板の製造が難しいという事情を抱えており、また、価格も高い。
【００４１】
反射型無機偏光板は、所定方向に沿って光の波長の、例えば１／２程度の周期を持つ微細構造体を備える反射型偏光板である。例えば特開２００７−３３７４６号公報などに記載のワイヤグリッド型偏光板や、例えば特開２００６−３３７８６０号公報などに記載されているフォトニック結晶構造（屈折率の周期構造を有する微細構造体）を備えた偏光板がある。これらの反射型無機偏光板は、大きな基板に無機材料を塗布してから、所望の大きさに切り出す製法であるため、大型化が容易であり、偏光ガラスより比較的価格が安いという利点がある。そこで、本発明では、無機の偏光分離プリズムと反射型無機偏光板とを組合せて、消光比が良好で、耐熱性の高い出射側偏光素子を構成する。なお、反射型無機偏光板は、構造複屈折型偏光板と総称される場合もある（例えば、特開２００７−１０２２４６号公報参照）。
【００４２】
図２は、本実施例に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図である。同図（ａ）はワイヤグリッド型偏光板の斜視図、同図（ｂ）はフォトニック結晶構造を備えた偏光板の斜視図である。
【００４３】
図２（ａ）において、ワイヤグリッド型の反射型無機偏光板８０は、透光性基板（例えばガラス基板）８１上に、Ｘ方向に延びたストライプ状の金属薄膜（以下、「ワイヤグリッド」と称する）８２を、溝８３を介して周期的に配列したもので、該周期は光の波長より小さい（例えば光の波長の数分の一から十分の一程度）。ワイヤグリッド型反射型無機偏光板に入射光Ｌ８００が入射すると、偏光方向がワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射されて反射光Ｌ８０２となり、また、ワイヤグリッド８２に直交する偏光方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過して、透過光Ｌ８０１となる。つまり、ワイヤグリッド８２に直交する方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過し、ワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射される。すなわち、ワイヤグリッド８２に直交する方向はワイヤグリッド型反射型無機偏光板の透過軸（偏光軸）方向となる。この例として、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（登録商標）がある。なお、透過軸方向に直交するワイヤグリッド８２に平行な方向を反射軸方向という。
【００４４】
また、図２（ｂ）において、フォトニック結晶構造を有する反射型無機偏光板８０は、波長の１／４〜１／２のピッチで形成されたライン／スペース形状の溝を有する透光性基板８１、および透光性基板８１の溝を埋めると共に溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部を備えた調整層８５を有し、調整層８５の上に透明な高屈折率の媒質からなる複数の高屈折率層８６と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層８７が交互に積層されている。高屈折率層８６および低屈折率層８７は、調整層８５の溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部の形状に合わせて、短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する。このように、光の波長よりも十分に小さいピッチで短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する高屈折率層８６および低屈折率層８７の積層体に、入射光Ｌ８００が入射すると、高屈折率層８６および低屈折率層８７の長手方向（Ｘ方向）に平行な偏光方向を有するＸ偏光光Ｌ８００ｘは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができず反射される。一方、高屈折率層８６および低屈折率層８７の短手方向（Ｙ方向）に平行な偏光方向を有するＹ偏光光Ｌ８００ｙは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができる。このようにして、互いに直交する偏光方向を有する光は、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０によって２つの直交する偏光光に分離される。
【００４５】
以上述べたように、反射型無機偏光板は透過軸方向の偏光光を透過させ、これと直交する偏光光を反射させる。従って、吸収型偏光板と異なり、ほとんど光を吸収せず、発熱量も極僅かで、温度上昇は非常に小さい。また、反射型無機偏光板は無機材料で構成されているので、耐熱温度が高く、寿命特性に優れているといえる。なお、反射型無機偏光板は、入射光を互いに直交する２つの偏光光（透過する偏光光と反射される偏光光）に分離する偏光分離作用を有しているので、偏光分離素子としても用いることができる。
【００４６】
次に、本実施例による出射側偏光素子の詳細構成について説明する。出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、ここでは代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００４７】
図３は、本実施例による出射側偏光素子の構成を説明する図である。同図（ａ）は出射側偏光素子の構成を模式的に示す斜視図、同図（ｂ）は（ａ）図をＸ軸方向から見た平面視図である。図４は、光軸面を導入する説明図である。なお、図３（ｂ）では、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００４８】
図３に示すように、本実施例では、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。
【００４９】
ここで、以下の説明を簡単とするため、図４を用いて光軸面を導入しておく。図４に示すように、液晶パネル６０Ｇは短辺６０ａＧ，長辺６０ｂＧの矩形形状を有する。今、液晶パネル６０Ｇのパネル面に直交し、液晶パネル６０Ｇのパネル中心を通ってＺ方向に延びるＧ光路の光軸を符号１０１Ｇとする。そして、光軸１０１Ｇを含み、液晶パネルの短辺６０ａＧに平行（すなわち、Ｘ方向に平行）な平面を第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧとし、光軸１０１Ｇを含み、液晶パネルの長辺６０ｂＧに平行（すなわち、Ｙ方向に平行）な平面を第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧとする。
【００５０】
図３に戻って、偏光分離プリズム７０Ｇは、ここでは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに平行なＹＺ断面における断面形状が略直角三角形である２つの直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇがその長辺側面で接合され（底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇがその長辺側面で互いに接合され）、その接合界面に、例えば誘電体多層膜からなる偏光分離面Ｓ７０Ｇが形成された偏光ビームスプリッタプリズム（Polarized Beam Splitterプリズム：ＰＢＳプリズム）である。従って、偏光分離面Ｓ７０Ｇは、液晶パネル６０Ｇに対向する直角プリズム７０１Ｇにおける光入射面Ｓ７０１Ｇ（光路の光軸１０１Ｇに直交する面）をＸ軸回りに約４５度回転させた面に平行であり、Ｇ光路の光軸１０１Ｇに対して約４５度程傾斜していることになる。つまり、偏光分離面Ｓ７０Ｇは、上記で定義した第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して約４５度程で交差していることになる。光軸に対して傾斜配置された平行平面板は、既に述べたように、非点収差を引き起こす。しかし、偏光分離面Ｓ７０Ｇが２つの直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇの界面に形成されているので、非点収差が生じなく、画質劣化を招くことはない。また、非点収差をキャンセルする光路の光軸に傾斜する非点収差補正ガラスを使用しないので、バックフォーカスの増大を抑制することができる。
【００５１】
所で、偏光分離プリズムとして用いるＰＢＳプリズムは、周知の如く、光軸と偏光分離面の法線とで形成する面（以下、「主入射面」という）に平行でない斜め光が入射する場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下する懸念がある。そこで、本実施例においては、後段に反射型無機偏光板を配設して、漏れ光を防いでコントラストを高める構成としている。
【００５２】
偏光分離プリズム７０Ｇの透過光の光出射側には、反射型無機偏光板８０Ｇが光軸１０１Ｇ（すなわちＺ軸）に直交するように配置されている。反射型無機偏光板８０Ｇは、例えばワイヤグリッド型偏光板であり、透過軸がＹ方向となるように、図示しないワイヤグリッドの延伸方向がＸ方向となるように配置されている。従って、透過光は反射型無機偏光板８０Ｇの面を略垂直に透過するので、非点収差が生じない。
【００５３】
なお、偏光分離プリズム７０Ｇおよび反射型無機偏光板８０Ｇの光が入射する光入射面Ｓ７０１Ｇ，Ｓ８０Ｇの形状は、図３から明らかなように、共に、液晶パネル６０Ｇの矩形形状（長辺６０ｂＧの長さＫ×短辺６０ａＧの長さＬ）に略相似である。そして、通常、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに対応する偏光分離プリズム７０Ｇの辺７０ｂＧの長さＭは、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧの長さＫに対して、数１を満足するように設定される。
【００５４】
Ｍ≧Ｋ … （数１）
また、偏光分離面Ｓ７０Ｇが第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して４５度で交差するので、偏光分離プリズム７０Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７０ｃＧの長さは、辺７０ｂＧと同じＭとなる。
【００５５】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７０Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離プリズム７０Ｇの偏光分離面Ｓ７０Ｇに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７０Ｇをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７０Ｇで、偏光分離面Ｓ７０Ｇに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７０５に示すように、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに略平行な方向（つまりＹ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７０Ｇから出射する。換言すれば、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘは第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの一部（例えば１０％以下）は、偏光分離面Ｓ７０Ｇをそのまま透過する。偏光分離プリズム７０Ｇを透過して反射型無機偏光板８０Ｇに入射するＹ偏光光ＬＧ６０ｙと僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの透過軸方向（Ｙ軸方向）であるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは反射型無機偏光板８０Ｇを透過する。一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ軸方向）である僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、再び偏光分離プリズム７０Ｇに入射し、偏光分離面Ｓ７０Ｇで反射され、矢印７０６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７０Ｇから出射する。勿論、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの内、ごく僅かの量が偏光分離面Ｓ７０Ｇを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は元の１％程度以下（例えば１０％×１０％）であり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００５６】
以上述べたように、本実施例による出射側偏光素子は、光路に沿って順に配列された、光路の光軸を含み液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の短辺に平行である第１の光軸面Ｓ１０１Ｘに対して略９０度折り曲げて光路外に反射させる偏光分離面を有する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）と、光路の光軸に直交して配置される反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）との組合せで構成されている。従って、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、不要な偏光光が偏光分離プリズム、反射型無機偏光板でそれぞれ除去されるので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。これにより、耐熱温度の低い液晶パネル６０や入射側偏光板５０に対して、温度上昇を引き起こすこともなく、冷却用ファン５８０から偏光分離プリズム７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分、入射側偏光板５０と液晶パネル６０に送風する風量を増やすようにすることができる。また、本実施例では、後段の反射型無機偏光板８０を光路の光軸に対して直交するように配置するが、反射型無機偏光板８０によって光路の光軸に略平行に反射される不要な偏光光を、前段の偏光分離プリズムで光路外に反射させることができる。つまり、不要な偏光光が液晶パネル６０に戻り、液晶パネルに内蔵される図示しないＴＦＴの誤動作を招くこともない。
【００５７】
なお、本実施例では、光路の光軸に直交する面に対して傾斜する偏光分離面を有する偏光分離プリズム７０の後段にコントラストを高めるために反射型無機偏光板８０を配置したが、従来技術では、光路の光軸に傾斜する反射型偏光板の後段に有機フィルム製の吸収型偏光板を配置する構成が知られている（例えば、特許文献１の図７）。しかし、後段に吸収型偏光板を用いると、上記した黒表示の場合における光吸収による温度上昇の問題に加えて、Ｂ光路に使用する吸収型偏光板に関しては、ＵＶ光（Ultraviolet Ray）による吸収型偏光板の有機部材の黄変も問題となる。ＵＶ光による有機部材の黄変は、例えば冷却用ファンなどで冷却風を吹き付け、温度を低くすれば、発生スピードを遅らせることは可能である。しかし、長時間経過すると、温度が低くとも黄変が必ず発生する。つまり、白表示の場合、吸収型偏光板の光吸収による温度上昇は問題ないが、ＵＶ光が通過することによる有機部材の黄変は問題となるため、その耐ＵＶ性も大きな課題となっている。
【００５８】
しかしながら、本実施例では、後段に反射型無機偏光板を使用しているため、耐ＵＶ性に関しても優れている。白表示の場合、有効な偏光光の９０％以上が偏光分離プリズム７０を通過し、後段の反射型無機偏光板においても９０％以上通過する。その際、Ｂ光に関しては、ＵＶ光を含むため、後段の偏光板が有機フィルム製の吸収型偏光板であれば、有機フィルム（有機部材）の黄変が問題になるが、本実施例では、反射型無機偏光板８０を使用しているため、ＵＶ光による黄変の問題はない。
【実施例２】
【００５９】
実施例１では、偏光分離プリズム７０Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７０ｃＧの長さは、偏光分離プリズム７０Ｇの光入射面Ｓ７０１Ｇにおける長手の辺７０ｂＧの長さＭと同じであり、投射レンズ後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスが長い。次に、実施例１による偏光分離プリズムの偏光分離面を第１の光軸面で対称に分割し、さらにバックフォーカスを短くする実施例２について説明する。
【００６０】
図５は、本実施例による出射側偏光素子の構成をＸ軸方向から見た平面視図である。なお、本図でも、図示を簡単とするため、図紙面に垂直なＸ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００６１】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７１Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。但し、本実施例による偏光分離プリズム７１Ｇは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して略＋４５度および−４５度傾斜する、略直交してＶの字形状をなす２つの偏光分離面Ｓ７１ａＧとＳ７１ｂＧを有する点で、実施例１の偏光分離プリズム７０Ｇと異なる。
【００６２】
すなわち、偏光分離プリズム７１Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに平行なＹＺ断面における断面形状が略直角三角形で略直角の角が液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７１１Ｇ（底面が略直角三角形の三角柱であり、略直角三角形の略直角の角が透過型液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７１１Ｇ）と、第１の直角プリズム７１１Ｇの略直角の角を挟む面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第３の直角プリズム７１３Ｇ（第１の直角プリズム７１１Ｇの、略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第３の直角プリズム７１３Ｇ）とで構成されている。そして、第１の直角プリズム７１１Ｇと第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第１の直角プリズム７１１Ｇと第３の直角プリズム７１３Ｇとの接合界面にそれぞれ偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧが形成され、偏光分離面が全体として直交するＶの字形状をなしている。つまり、偏光分離プリズム７１Ｇは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して対称な構造を有する偏光分離プリズムである。従って、光路の光軸１０１Ｇに沿う偏光分離プリズム７１Ｇの長さは、Ｍ／２となり、実施例１における長さＭに対して半分とすることができ、よりバックフォーカスを短くすることが出来る。
【００６３】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。反射型無機偏光板については実施例１で述べたので、ここでは実施例１とは異なる偏光分離プリズム７１Ｇを中心にして説明することとする。なお、上記のように偏光分離プリズム７１Ｇは、液晶パネル６０Ｇの長辺方向（Ｙ方向）において対称なので、液晶パネル６０Ｇから偏光分離プリズム７１Ｇの偏光分離面Ｓ７１ａＧに入射する光について説明する。
【００６４】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７１Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離面Ｓ７１ａＧに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７１ａＧをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７１ａＧで偏光分離面Ｓ７１ａＧに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７１５に示すように、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに平行な方向（つまりＹ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７１Ｇから光路外に出射する。換言すれば、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘは第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの一部は、偏光分離面Ｓ７１ａＧをそのまま透過する。偏光分離プリズム７１Ｇを透過して反射型無機偏光板８０Ｇに入射するＹ偏光光ＬＧ６０ｙと僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの透過軸方向（Ｙ軸方向）であるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは反射型無機偏光板８０Ｇを透過する。
【００６５】
一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ軸方向）である僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、再び偏光分離プリズム７１Ｇに入射し、大部分は偏光分離面Ｓ７１ａＧで反射され、矢印７１６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離面Ｓ７１ｂＧに向かう（なお、一部は偏光分離面Ｓ７１ａＧを透過して液晶パネル６０Ｇに向かう）。次に、偏光分離面Ｓ７１ａＧで反射された光の内、大部分は、偏光分離面Ｓ７１ｂＧで反射され光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７１Ｇから出射し、再度、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する（なお、一部は偏光分離面Ｓ７１ｂＧを透過し、矢印７１７方向に偏光分離プリズム７１Ｇの側面から光路外に出射する）。反射型無機偏光板８０Ｇに入射する入射光はＸ偏光光なので、反射型無機偏光板８０Ｇによりそのまま反射され、偏光分離プリズム７１Ｇに戻る。そして、上記とは逆に、偏光分離面Ｓ７１ｂＧ，Ｓ７１ａＧで反射され、偏光分離プリズム７１Ｇから出射し、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する。以下、同様な過程を繰り返すが、一部のＸ偏光光は、偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧで反射されずに透過するので、上記反射過程の中で次第に減衰することになる。なお、上記反射過程のなかで、一部が偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は、実施例１で既に述べておいたが、ごく僅かであり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００６６】
以上述べたように、本実施例による偏光分離プリズムを用いれば、実施例１に較べ、バックフォーカスを短くすることができる。また、これに伴い、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
【実施例３】
【００６７】
次に、バックフォーカスを短くする実施例１，２とは異なる実施例３について説明する。実施例１，２においては、偏光分離プリズムにおける不要光（例えば、偏光分離面に対して規定されるＳ偏光光）を液晶パネルの長辺に平行な方向（例えばＹ方向）に反射させるようにしたが、本実施例は、液晶パネルの短辺に平行な方向（例えばＸ方向）に反射させる点で異なる。
【００６８】
図６は、本実施例による出射側偏光素子の構成を説明する図である。同図（ａ）は出射側偏光素子の構成を模式的に示す斜視図、同図（ｂ）は（ａ）図をＹ軸方向から見た平面視図である。なお、図６（ｂ）では、図示を簡単とするため、Ｙ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００６９】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、図６に示すように、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７２Ｇと反射型無機偏光板８０ＡＧとからなる。
【００７０】
偏光分離プリズム７２Ｇは、ここでは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに平行なＺＸ断面における断面形状が略直角三角形である２つの直角プリズム７２１Ｇ，７２２Ｇがその長辺側面で接合され（底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズム７２１Ｇ，７２２Ｇがその長辺側面で互いに接合され）、その接合界面に、例えば誘電体多層膜からなる偏光分離面Ｓ７２Ｇが形成された偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）である。従って、偏光分離面Ｓ７２Ｇは、液晶パネル６０Ｇの面に対向する直角プリズム７２１Ｇにおける光入射面Ｓ７２１Ｇ（光路の光軸１０１Ｇに直交する面）をＹ軸回りに約４５度回転させた面に平行であり、Ｇ光路の光軸１０１Ｇに対して約４５度程傾斜していることになる。つまり、偏光分離面Ｓ７２Ｇは、図４で定義した第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して約４５度程で交差していることになる。図６から明らかなように、直角プリズム７２１Ｇの直角の角を形成する辺７２ａＧの長さＮは、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧ（長さＬ）に対応しており、通常、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧの長さＬに対して、数２を満足するように設定される。
【００７１】
Ｎ≧Ｌ … （数２）
また、偏光分離面Ｓ７２Ｇが第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して略４５度で交差するので、偏光分離プリズム７２Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７２ｃＧの長さは、偏光分離プリズム７２Ｇの光入射面Ｓ７２１Ｇにおける短手の辺７２ａＧの長さＮと同じとなる。従って、実施例１よりバックフォーカスを短くすることができる。但し、液晶パネル６０Ｇのアスペクト比が、例えばＫ：Ｌ＝４：３であるとすると、実施例２では、光軸に沿う偏光分離プリズムの長さは、偏光分離プリズムの光入射面における長手の辺の長さＭの１／２なので、本実施例による光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７２ｃＧの長さＮは、実施例２のそれより長くなる。
【００７２】
本実施例による偏光分離プリズム７２Ｇの偏光分離面Ｓ７２Ｇは、実施例１，２と異なり、９０度ねじれているので、偏光分離面Ｓ７２Ｇを透過するＰ偏光光の透過軸方向はＸ方向となる。従って、反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸を偏光分離プリズム７２Ｇの透過軸と合わせるため、反射型無機偏光板８０ＡＧのワイヤグリッド（図示せず）の延伸方向はＹ方向とされている。
【００７３】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。ここでは、実施例２と同様、偏光分離プリズム７２Ｇを中心にして説明することとする。
【００７４】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７２Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離プリズム７２Ｇの偏光分離面Ｓ７２Ｇに対してＰ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光分離面Ｓ７２Ｇをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７２Ｇで偏光分離面Ｓ７２Ｇに対してＳ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７２５に示すように、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧに略平行な方向（つまりＸ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７２Ｇから出射する。換言すれば、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙは第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙの一部（例えば１０％以下）は、偏光分離面Ｓ７２Ｇをそのまま透過する。偏光分離プリズム７２Ｇを透過して反射型無機偏光板８０ＡＧに入射するＸ偏光光ＬＧ６０ｘと僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸方向（Ｘ軸方向）であるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射型無機偏光板８０ＡＧを透過する。一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの反射軸方向（Ｙ軸方向）である僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、反射型無機偏光板８０ＡＧで反射され、再び偏光分離プリズム７２Ｇに入射し、偏光分離面Ｓ７２Ｇで反射され、矢印７２６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７２Ｇから出射する。勿論、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙの内、ごく僅かの量が偏光分離面Ｓ７２Ｇを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は元の１％程度以下（例えば１０％×１０％）であり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００７５】
反射型無機偏光板８０ＡＧを透過したＸ偏光光（ＬＧ６０ｘ）は、光合成プリズム２００に入射することになる。しかし、Ｘ偏光光は、光合成プリズムのダイクロイック膜２１０の面に対してＳ偏光光となる。光合成プリズム２００においては、一般に、光利用率向上を考慮して、既に述べたＧ光をＰ偏光光、Ｒ光とＢ光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成が適用される。そのため、反射型無機偏光板８０ＡＧと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｇを挿入する。１／２λ波長板９０Ｇにより、Ｇ光はダイクロイック膜２１０の面に対してＰ偏光光であるＹ偏光光とされ、光合成プリズム２００に入射することになる。なお、本実施例では、光合成プリズム２００の光入射側に１／２λ波長板９０Ｇがない場合、上記のように、光合成プリズム２００のダイクロイック膜２１０の面に対してＳ偏光光が入射することになるので、Ｒ光路およびＢ光路には、１／２λ波長板９０Ｒおよび９０Ｂが必要となる。
【００７６】
所で、本実施例では、偏光分離プリズム７２Ｇを透過する偏光光はＸ偏光光なので、光強度変調されて液晶パネル６０Ｇから出射する偏光光はＸ偏光となる。従って、液晶パネル６０ＧにはＹ偏光光が照射されなければならない。しかし、図１に示す投射型液晶表示装置では、Ｘ偏光光が入射する構成となっている。つまり、照明光学系１００と液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）との間に、Ｘ偏光光をＹ偏光光に変換する光学素子、例えば１／２λ波長板を挿入する必要がある。
【００７７】
図７は、本実施例による出射側偏光素子を適用した投射型液晶表示装置における光合成プリズム近傍の光学系の模式構成図である。なお、同図において、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００７８】
図７において、液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の光入射側には、入射側偏光板５０Ａ（５０ＡＲ，５０ＡＧ，５０ＡＢ）が配置されている。この入射側偏光板５０Ａは、透過軸方向がＹ偏光方向とされている。さらに、入射側偏光板５０Ａ（５０ＡＲ，５０ＡＧ，５０ＡＢ）の光入射側には、１／２λ波長板９５（９５Ｒ，９５Ｇ，９５Ｂ）が装着されている。従って、照明光学系１００から光分離光学系１３０を経て照射される各色光のＸ偏光光は、１／２λ波長板９５（９５Ｒ，９５Ｇ，９５Ｂ）でＹ偏光光に変換され、入射側偏光板５０ＡでＹ偏光光の偏光度が高められ、液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）に照射される。液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）からは光強度変調されたＸ偏光光が出射され、偏光分離プリズム７２（７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）と反射型無機偏光板８０Ａ（８０ＡＲ，８０ＡＧ，８０ＡＢ）からなる出射側偏光素子でＸ偏光光の純度が高められる。そして、Ｒ光およびＢ光はＸ偏光光（つまり、Ｓ偏光光）のまま光合成プリズム２００に入射し、Ｇ光は１／２λ波長板９０ＧでＹ偏光光（つまり、Ｐ偏光光）とされて光合成プリズム２００に入射する。その後、光合成プリズム２００で光合成されてカラー映像とされ、投射レンズ３００によってスクリーン（図示せず）に投影される。
【００７９】
以上述べたように、本実施例による出射側偏光素子は、光路に沿って順に配列された、光路の光軸を含み液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の長辺に平行である第２の光軸面Ｓ１０１Ｙに対して略９０度折り曲げて光路外に反射させる偏光分離面を有する偏光分離プリズム７２（７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）と、光路の光軸に直交して配置される反射型無機偏光板８０Ａ（８０ＡＲ，８０ＡＧ，８０ＡＢ）との組合せで構成されている。本構成により、偏光分離プリズム７２の光軸に沿う長さは液晶パネル６０の短辺６０ａ（６０ａＲ，６０ａＧ，６０ａＢ）の長さに対応することになり、実施例１による効果に加えて、実施例１の場合よりさらにバックフォーカスを短くすることができる。
【実施例４】
【００８０】
実施例３による偏光分離プリズムの偏光分離面を第２の光軸面Ｓ１０１Ｙで対称に分割し、さらにバックフォーカスを短くする実施例４について説明する。
【００８１】
図８は、本実施例による出射側偏光素子の構成をＹ軸方向から見た平面視図である。なお、本図でも、図示を簡単とするため、図紙面に垂直なＹ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００８２】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７３Ｇと反射型無機偏光板８０ＡＧとからなる。但し、本実施例による偏光分離プリズム７３Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して略＋４５度および−４５度傾斜する、略直交してＶの字形状をなす２つの偏光分離面Ｓ７３ａＧとＳ７３ｂＧを有する点で、実施例３の偏光分離プリズム７２Ｇと異なる。
【００８３】
すなわち、偏光分離プリズム７３Ｇは、ＺＸ断面における断面形状が略直角三角形で略直角の角が液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７３１Ｇ（底面が略直角三角形の三角柱であり、略直角三角形の略直角の角が透過型液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７３１Ｇ）と、第１の直角プリズム７３１Ｇの略直角の角を挟む面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第３の直角プリズム７３３Ｇ（第１の直角プリズム７３１Ｇの、略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第３の直角プリズム７３３Ｇ）とで構成されている。そして、第１の直角プリズム７３１Ｇと第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第１の直角プリズム７３１Ｇと第３の直角プリズム７３３Ｇとの接合界面にそれぞれ偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧが形成され、偏光分離面が全体として直交するＶの字形状をなしている。つまり、偏光分離プリズム７３Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して対称な構造を有する偏光分離プリズムである。従って、光路の光軸１０１Ｇに沿う偏光分離プリズム７３Ｇの長さはＮ／２となり、実施例３における長さＮに対して半分とすることができ、よりバックフォーカスを短くすることが出来る。
【００８４】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。反射型無機偏光板については実施例１で述べたので、ここでは実施例３とは異なる偏光分離プリズム７３Ｇを中心にして説明することとする。なお、上記のように偏光分離プリズム７３Ｇは、液晶パネル６０Ｇの短辺方向（Ｘ方向）において対称なので、液晶パネル６０Ｇから偏光分離プリズム７３Ｇの偏光分離面Ｓ７３ａＧに入射する光について説明する。
【００８５】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７３Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離面Ｓ７３ａＧに対してＰ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光分離面Ｓ７３ａＧをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７３ａＧで偏光分離面Ｓ７３ａＧに対してＳ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、大部分が反射され、矢印７３５に示すように、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧに平行な方向（つまりＸ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７３Ｇから光路外に出射する。換言すれば、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙは第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｙの一部は、偏光分離面Ｓ７３ａＧをそのまま透過する。偏光分離プリズム７３Ｇを透過して反射型無機偏光板８０ＡＧに入射するＸ偏光光ＬＧ６０ｘと僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸方向（Ｘ軸方向）であるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射型無機偏光板８０ＡＧを透過する。
【００８６】
一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの反射軸方向（Ｙ軸方向）である僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、反射型無機偏光板８０ＡＧで反射され、再び偏光分離プリズム７３Ｇに入射し、大部分は偏光分離面Ｓ７３ａＧで反射され、矢印７３６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離面Ｓ７３ｂＧに向かう（なお、一部は偏光分離面Ｓ７３ａＧを透過して液晶パネル６０Ｇに向かう）。次に、偏光分離面Ｓ７３ａＧで反射された光の内、大部分は、偏光分離面Ｓ７３ｂＧで反射され光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７３Ｇから出射し、再度、反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する（なお、一部は偏光分離面Ｓ７３ｂＧを透過し、矢印７３７方向に偏光分離プリズム７３Ｇの側面から光路外に出射する）。反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する入射光はＹ偏光光なので、反射型無機偏光板８０ＡＧによりそのまま反射され、偏光分離プリズム７３Ｇに戻る。そして、上記とは逆に、偏光分離面Ｓ７３ｂＧ，Ｓ７３ａＧで反射され、偏光分離プリズム７３Ｇから出射し、反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する。以下、同様な過程を繰り返すが、一部のＹ偏光光は、偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧで反射されずに透過するので、上記反射過程の中で次第に減衰することになる。なお、上記反射過程のなかで、一部が偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は、実施例１で既に述べておいたが、ごく僅かであり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【実施例５】
【００８７】
実施例１乃至４においては、出射側偏光素子を、前段に配置された偏光分離プリズム（例えばＰＢＳプリズム）と、後段に光軸に直交して配置された反射型無機偏光板（例えばワイヤグリッド型偏光板）とで構成としている。そして、該構成により、非点収差を低減して、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）の解像度劣化を低減している。
【００８８】
一般に、ＰＢＳプリズムにおいては、光軸と偏光分離面の法線とで形成する主入射面に平行でない斜め光が入射する場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下する懸念がある。そこで、実施例１乃至４においては、後段に反射型無機偏光板を配設して、漏れ光を防いでコントラストを高める構成とした。勿論、ＰＢＳプリズムに取って代わる、前記斜め光が入射しても漏れ光が少ない偏光分離プリズムがあれば、反射型無機偏光板を無くして、非点収差補正に伴うバックフォーカスの増大を抑えながら、発熱の少ない出射側偏光素子とすることができる。以下、この目的を実現するために、偏光分離プリズムとして反射型無機偏光分離プリズム（後述）を用いた実施例５について説明する。
【００８９】
図９は、本実施例による偏光分離プリズムとしての反射型無機偏光分離プリズムの動作を説明する図である。同図（ａ）は反射型無機偏光分離プリズムをＸ軸方向から見た平面視図、同図（ｂ）は反射型無機偏光分離プリズムの平面視詳細図である。なお、図９（ａ）では、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。また、反射型無機偏光分離プリズムの配置構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じであり、ここでは代表的にＧ光路の配置構成を用いて説明する。
【００９０】
図９に示すように、本実施例では、液晶パネル６０Ｇの光出射側と光合成プリズム２００との間に、出射側偏光素子とし反射型無機偏光分離プリズム７４Ｇが配置されている。反射型無機偏光分離プリズム７４Ｇは、２つの直角プリズム７４１Ｇと７４２Ｇの長辺側面間に、例えば図２で述べたような反射型無機偏光板７４４Ｇが図示しない接着層を介して挟持されたものである（偏光分離面Ｓ７４Ｇに反射型無機偏光板７４４Ｇが保持されたものである）。反射型無機偏光板７４４Ｇが光軸１０１Ｇの第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して略４５度傾斜することとなるので、反射型無機偏光板７４４Ｇは偏光分離面Ｓ７４Ｇとして機能する。ここでは、反射型無機偏光板７４４Ｇとして、例えばワイヤグリッド型偏光分離素子を用いる。従って、反射軸をＸ方向と平行とするために、ワイヤグリッドの延伸方向はＸ軸方向とされる。
【００９１】
ワイヤグリッド型偏光分離素子は、例えば、特開２００３−１３１２１２号公報の図４で述べられているように、ブリュースター角を利用した薄膜（誘電体多層膜）のＰＢＳプリズムより、入射角に対して分光透過率の変化が小さく、非常に高い効率で偏光分離することができる。従って、例えばワイヤグリッド型偏光分離素子を２つの直角プリズムで接着層（図示せず）を介して挟持したワイヤグリッド型偏光分離プリズムをＰＢＳプリズムに代えて用いれば、斜め光が入射しても漏れ光による消光比の低下を抑えることができ、コントラストを良好に保持することが可能となる。
【００９２】
上記構成のワイヤグリッド型偏光分離プリズム（反射型無機偏光分離プリズム）７４Ｇに液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇの偏光分離面Ｓ７４Ｇに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７４Ｇをそのまま透過し、光合成プリズム２００に入射する。また、偏光分離面Ｓ７４Ｇで偏光分離面Ｓ７４Ｇに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射され、矢印７４５に示すように、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直となる方向に、つまり液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに略平行な方向（Ｙ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇから光路外に出射する。
【００９３】
以上述べたように、出射側偏光素子として偏光分離機能を有する反射型無機偏光分離プリズムを用いることにより、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、斜め光が入射しても漏れ光が少ないので、後段に反射型無機偏光板を無くすことも可能となる。
【００９４】
なお、ここでは、不要光（上記例ではＸ偏光光ＬＧ６０ｘ）を偏光分離面Ｓ７４Ｇにより第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射させるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光分離面を第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに略４５度で交差させ、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射させるようにしてもよい。これにより、バックフォーカスをより短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１に係わる投射型液晶表示装置の光学系の模式構成図。
【図２】実施例１に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図。
【図３】実施例１による出射側偏光素子の構成を説明する図。
【図４】実施例１に係わる光軸面を規定する図。
【図５】実施例２による出射側偏光素子の構成をＸ軸方向から見た平面視図。
【図６】実施例３による出射側偏光素子の構成を説明する図。
【図７】実施例３による出射側偏光素子を適用した投射型液晶表示装置における光合成プリズム近傍の光学系の模式構成図。
【図８】実施例４による出射側偏光素子の構成をＹ軸方向から見た平面視図。
【図９】実施例５による反射型無機偏光分離プリズムの動作を説明する図。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 光源ユニット、１１ ランプ、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、５０，５０Ａ 入射側偏光板、６０ 液晶パネル、６０ａ 短辺、６０ｂ 長辺、７０，７１，７２，７３，７４ 偏光分離プリズム、８０，８０Ａ 反射型無機偏光板、８１ 透光性基板、８２ ワイヤグリッド（金属薄膜）、８３ 溝、８５ 調整層、８６ 高屈折率層、８７ 低屈折率層、９０，９５ １／２λ波長板、１００ 照明光学系、１０１ 光軸、１３０ 光分離光学系、１４０ リレー光学系、２００ 光合成プリズム、２１０ ダイクロイック膜、３００ 投射レンズ、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、７０１，７０２ 直角プリズム、７０５，７０６ 矢印、７１１ 第１の直角プリズム、７１２ 第２の直角プリズム、７１３ 第３の直角プリズム、７１５，７１６，７１７ 矢印、７２１，７２２ 直角プリズム、７２５，７２６ 矢印、７３１ 第１の直角プリズム、７３２ 第２の直角プリズム、７３３ 第３の直角プリズム、７３５，７３６，７３７ 矢印、７４１，７４２ 直角プリズム、７４４ 反射型無機偏光板、７４５ 矢印、
Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４ 偏光分離面、Ｓ８０ 光入射面、Ｓ１０１Ｘ 第１の光軸面、Ｓ１０１Ｙ 第２の光軸面、Ｓ７０１，Ｓ７２１ 光入射面、
Ｌ６０ 光、Ｌ８００ 入射光、Ｌ８０１ 透過光、Ｌ８０２ 反射光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を透過型液晶パネル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投射型液晶表示装置および光学ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
投射型表示装置では、ライトバブルとして透過型液晶パネル（以下、単に、「液晶パネル」ともいう）を用いる場合、一般に、液晶パネルの前後（光入射側および光出射側）に互いに偏光方向が異なる（例えば直交する）偏光板が設けられる。そして、該偏光板には、従来、許容温度の低い、例えばヨウ素や染料分子を含む高分子フィルムを一軸延伸した一軸延伸型の有機フィルム製の吸収型偏光板が使用されている。この吸収型偏光板は、不要な偏光光を吸収し発熱するので、耐熱温度の低い液晶パネルと共に冷却ファンで冷却され、信頼性の向上が図られている。しかし、液晶パネルの光出射側に配置される出射側偏光素子は、黒色表示の場合大部分の光を吸収することになるので、その耐熱性が大きな課題となっている。特に、近年のプロジェタには、小型化を図りながら高輝度化、長寿命化の実現が求められており、出射側偏光素子における耐熱性の課題が益々大きくなってきている。
【０００４】
この課題を解決する一手段として、出射側偏光素子に反射型偏光板を用い、光路の光軸に対して略４５度傾斜させて配置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
反射型偏光板は、不要な偏光光を反射させ、ほとんど光吸収しないので、信頼性を確保することができる。しかし、反射型偏光板を光路に対して直交するように配置すると、不要な偏光光の反射光が液晶パネルに戻る。この戻り光は、液晶パネルに内蔵されているＴＦＴ（Thin Film Transistor）に光電効果を生じさせて、ＴＦＴの誤動作を引き起こし、画質劣化を招く懸念がある。そこで、特許文献１の投射型液晶表示装置は、反射型偏光板を光路に対して傾斜するように配置し、反射光が液晶パネルに戻らないようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、平行平面を有する透光性基板を光路の光軸に傾斜して配置すると、非点収差が生じることが知られている。従って、特許文献１に記載の如く、反射型偏光板を光路の光軸に対して傾斜して配置すると、反射型偏光板を透過する偏光光において、反射型偏光板を支持する透光性基板で非点収差が生じ、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）に劣化（例えばボゲ）が生じる。この非点収差は、例えば、特許文献１の図６に示されるように、反射型偏光板を支持する透光性基板の傾きに対して９０度ねじれた方向に傾いた平行平面板の非点収差補正ガラスを配置することで、キャンセルすることができる。しかしながら、反射型偏光板の傾斜配置に加えて、非点収差補正ガラスも傾斜配置するになるので、投射レンズ後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスがより長くなり、投射レンズの大型化を招くという新たな課題が生じる。
【０００８】
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、出射側偏光素子として反射型偏光板を用いながら、反射型偏光板から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる投射型液晶表示装置および光学ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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および光学ユニットでは、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置および光学ユニットであって、前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することとする。
【００１０】
上記のように、本発明では、出射側偏光素子として、前段に、偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを用い、また、後段に、反射型偏光板を光軸に直交するように配置しているので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を抑えることができる。また、反射型偏光板を反射した第２の偏光光を、偏光分離プリズムの偏光分離面で反射させるので、透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、前段に偏光分離プリズムを配置し、後段に反射型偏光板を配置する構成なので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。
【００１１】
また、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および光学ユニットでは、光を出射する照明光学系と、前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置および光学ユニットであって、前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることとする。
【００１２】
上記のように、本発明では、出射側偏光素子として、偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを用い、また、偏光分離面に反射型偏光板を挟持しているので、非点収差補正用部材を配置する必要がなく、バックフォーカスの増大を抑えることができる。また、反射型偏光板を反射した第２の偏光光を、偏光分離プリズムの偏光分離面で反射させるので、透過型液晶パネルに戻る戻り光を抑えることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように、本発明によれば、出射側偏光素子から液晶パネルに戻る戻り光を抑えると共に、非点収差を無くし、かつバックフォーカスの増大を抑制できる投射型液晶表示装置および光学ユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【実施例１】
【００１５】
まず、実施例１に係わる投射型液晶表示装置の光学系について述べ、その後、本実施例による出射側偏光素子の詳細構成について説明するものとする。
【００１６】
図１は、実施例１に係わる投射型液晶表示装置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、偏光方向を明確にするため、ローカル右手直角座標系を導入しておく。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、図紙面裏から表に向かう軸（図紙面に垂直な軸）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。また、説明の都合上、偏光方向がＸ方向の偏光光を「Ｘ偏光光」といい、偏光方向がＹ方向の偏光光を「Ｙ偏光光」というものとする。
【００１７】
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２００と、投射手段である投射レンズ３００とを備えている。液晶パネル６０は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光素子として、出射側偏光素子として作用する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）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。
【００１８】
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、略白色光を出射するランプ（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。
【００１９】
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。
【００２０】
ランプ１１から出射された光は、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出射される。光源ユニット１０から出射された光は、偏光変換インテグレータに入射する。
【００２１】
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からなる均一照明を行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定の偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２５とで構成される。
【００２２】
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略相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリッ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（光源）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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の偏光光、例えば直線偏光光のＸ偏光光（光軸１０１に直交する面内で偏光方向が図１紙面に垂直なＸ方向の光）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、およびフィールドレンズ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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、光源からの偏光方向がランダムな光を所定の偏光方向の偏光光（ここではＸ偏光光）に揃えながら、液晶パネルを均一照明することができる。
【００２７】
照明光学系１００から出射された光（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。
【００２８】
光分離光学系１３０の各光路について具体的に述べる。
【００２９】
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、入射側偏光板５０Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル６０Ｂに入射する。
【００３０】
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，入射側偏光板５０Ｇを通して、Ｇ光用液晶パネル６０Ｇに入射する。
【００３１】
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で光軸に略平行とされ、入射側偏光板５０Ｒを通過して、Ｒ光用の液晶パネル６０Ｒに入射する。
【００３２】
液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）は、光入射側に入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）を備え、光出射側に出射側偏光素子として、出射側偏光素子として作用する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）を備える。
【００３３】
各液晶パネル６０は、Ｘ方向を透過軸とする入射側偏光板５０（５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ）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Ｘ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Ｙ偏光の光学像を形成する。そして、Ｙ偏光（偏光分離プリズム７０の偏光分離面に対してはＰ偏光）の各光学像は、Ｙ方向を透過軸とする偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）および反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）により不要な偏光光（ここではＸ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２００に入射する。この時、Ｂ光路およびＲ光路では、反射型無機偏光板８０Ｂ，８０Ｒと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられている。従って、Ｙ偏光のＢ光およびＲ光の光学像はＸ偏光（光合成プリズム２００の色合成を行うダイクロイック膜面に対してＳ偏光）の光学像とされて、Ｙ偏光（光合成プリズム２００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２００で効率よく光合成される。
【００３４】
光合成プリズム２００は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｂと、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）２１０ｒ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２１０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からの光の内、偏光分離プリズム７０および反射型無機偏光板８０を透過する偏光光はＹ偏光光（ダイクロイック膜面に対してＰ偏光光）である。そこで、Ｂ光路とＲ光路には１／２λ波長板９０Ｂ，９０Ｒが設けられ、Ｘ偏光光（Ｓ偏光光）とされている。光合成プリズム２００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（ダイク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２１０ｂおよびＲ光用のダイクロイック膜２１０ｒ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、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３００によって、スクリーン（図示せず）に投影される。
【００３５】
冷却用ファン５８０は、例えば入射側偏光板５０，偏光分離プリズム７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル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、入射側偏光板５０，偏光分離プリズム７０，反射型無機偏光板８０や液晶パネル６０への流路５８５を形成して冷却する。本実施例では、出射側偏光素子として耐熱性、耐ＵＶ性に優れる反射型の偏光分離プリズム７０および反射型無機偏光板８０を用いている（詳細は後述する）。従って、偏光分離プリズム７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分入射側偏光板５０と液晶パネル６０への風量を増やすようにすることができる。このようにすれば、高輝度化に伴う冷却用ファンの能力の増大を招くことなく、入射側偏光板５０や液晶パネル６０を効率的に冷却することが可能となる。
【００３６】
なお、リレー光学系１４０は、ランプ（光源）１１からＢ光用液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）および光源１１からＧ光用液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源１１からＲ光用液晶パネル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。
【００３７】
ここで、リレー光学系１４０について少し述べておく。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、図２を用いて出射側偏光素子の一つを構成する反射型無機偏光板について説明する。無機偏光板は、従来の樹脂などの有機材料で作られた有機偏光板とは異なり、無機材料で構成された偏光板である。有機偏光板と同様に、無機偏光板にも、吸収型と反射型がある。
【００４０】
吸収型無機偏光板としては、例えば特開２００４−２２４６６０号公報などに記載されている、ハロゲン化物および金属（例えば銀）を含むマトリクス材料としてのガラスを熱処理して、ハロゲン化金属微粒子（例えばハロゲン化銀微粒子）を当該ガラス中に析出分散させた後、当該ガラスを加熱延伸し、該延伸により長径と短径とが所定のアスペクト比とされたハロゲン化金属微粒子を還元して金属微粒子（例えば銀微粒子）とすることにより、光学的異方性を持たせた偏光ガラスがある。この偏光ガラスは、マトリクス材料としてのガラスの粘性が高く（流動性が小さく）、大きな面積を有する偏光板の製造が難しいという事情を抱えており、また、価格も高い。
【００４１】
反射型無機偏光板は、所定方向に沿って光の波長の、例えば１／２程度の周期を持つ微細構造体を備える反射型偏光板である。例えば特開２００７−３３７４６号公報などに記載のワイヤグリッド型偏光板や、例えば特開２００６−３３７８６０号公報などに記載されているフォトニック結晶構造（屈折率の周期構造を有する微細構造体）を備えた偏光板がある。これらの反射型無機偏光板は、大きな基板に無機材料を塗布してから、所望の大きさに切り出す製法であるため、大型化が容易であり、偏光ガラスより比較的価格が安いという利点がある。そこで、本発明では、無機の偏光分離プリズムと反射型無機偏光板とを組合せて、消光比が良好で、耐熱性の高い出射側偏光素子を構成する。なお、反射型無機偏光板は、構造複屈折型偏光板と総称される場合もある（例えば、特開２００７−１０２２４６号公報参照）。
【００４２】
図２は、本実施例に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図である。同図（ａ）はワイヤグリッド型偏光板の斜視図、同図（ｂ）はフォトニック結晶構造を備えた偏光板の斜視図である。
【００４３】
図２（ａ）において、ワイヤグリッド型の反射型無機偏光板８０は、透光性基板（例えばガラス基板）８１上に、Ｘ方向に延びたストライプ状の金属薄膜（以下、「ワイヤグリッド」と称する）８２を、溝８３を介して周期的に配列したもので、該周期は光の波長より小さい（例えば光の波長の数分の一から十分の一程度）。ワイヤグリッド型反射型無機偏光板に入射光Ｌ８００が入射すると、偏光方向がワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射されて反射光Ｌ８０２となり、また、ワイヤグリッド８２に直交する偏光方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過して、透過光Ｌ８０１となる。つまり、ワイヤグリッド８２に直交する方向のＹ偏光光Ｌ８００ｙは透過し、ワイヤグリッド８２に平行なＸ偏光光Ｌ８００ｘは反射される。すなわち、ワイヤグリッド８２に直交する方向はワイヤグリッド型反射型無機偏光板の透過軸（偏光軸）方向となる。この例として、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（登録商標）がある。なお、透過軸方向に直交するワイヤグリッド８２に平行な方向を反射軸方向という。
【００４４】
また、図２（ｂ）において、フォトニック結晶構造を有する反射型無機偏光板８０は、波長の１／４〜１／２のピッチで形成されたライン／スペース形状の溝を有する透光性基板８１、および透光性基板８１の溝を埋めると共に溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部を備えた調整層８５を有し、調整層８５の上に透明な高屈折率の媒質からなる複数の高屈折率層８６と透明な低屈折率の媒質からなる複数の低屈折率層８７が交互に積層されている。高屈折率層８６および低屈折率層８７は、調整層８５の溝の短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で溝の長手方向（Ｘ方向）に直線状の凸部の形状に合わせて、短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する。このように、光の波長よりも十分に小さいピッチで短手方向（Ｙ方向）に三角波形状で長手方向（Ｘ方向）に直線状の形状を備えた面を有する高屈折率層８６および低屈折率層８７の積層体に、入射光Ｌ８００が入射すると、高屈折率層８６および低屈折率層８７の長手方向（Ｘ方向）に平行な偏光方向を有するＸ偏光光Ｌ８００ｘは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができず反射される。一方、高屈折率層８６および低屈折率層８７の短手方向（Ｙ方向）に平行な偏光方向を有するＹ偏光光Ｌ８００ｙは、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０を通過することができる。このようにして、互いに直交する偏光方向を有する光は、フォトニック結晶構造を備えた反射型無機偏光板８０によって２つの直交する偏光光に分離される。
【００４５】
以上述べたように、反射型無機偏光板は透過軸方向の偏光光を透過させ、これと直交する偏光光を反射させる。従って、吸収型偏光板と異なり、ほとんど光を吸収せず、発熱量も極僅かで、温度上昇は非常に小さい。また、反射型無機偏光板は無機材料で構成されているので、耐熱温度が高く、寿命特性に優れているといえる。なお、反射型無機偏光板は、入射光を互いに直交する２つの偏光光（透過する偏光光と反射される偏光光）に分離する偏光分離作用を有しているので、偏光分離素子としても用いることができる。
【００４６】
次に、本実施例による出射側偏光素子の詳細構成について説明する。出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、ここでは代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００４７】
図３は、本実施例による出射側偏光素子の構成を説明する図である。同図（ａ）は出射側偏光素子の構成を模式的に示す斜視図、同図（ｂ）は（ａ）図をＸ軸方向から見た平面視図である。図４は、光軸面を導入する説明図である。なお、図３（ｂ）では、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００４８】
図３に示すように、本実施例では、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７０Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。
【００４９】
ここで、以下の説明を簡単とするため、図４を用いて光軸面を導入しておく。図４に示すように、液晶パネル６０Ｇは短辺６０ａＧ，長辺６０ｂＧの矩形形状を有する。今、液晶パネル６０Ｇのパネル面に直交し、液晶パネル６０Ｇのパネル中心を通ってＺ方向に延びるＧ光路の光軸を符号１０１Ｇとする。そして、光軸１０１Ｇを含み、液晶パネルの短辺６０ａＧに平行（すなわち、Ｘ方向に平行）な平面を第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧとし、光軸１０１Ｇを含み、液晶パネルの長辺６０ｂＧに平行（すなわち、Ｙ方向に平行）な平面を第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧとする。
【００５０】
図３に戻って、偏光分離プリズム７０Ｇは、ここでは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに平行なＹＺ断面における断面形状が略直角三角形である２つの直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇがその長辺側面で接合され（底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇがその長辺側面で互いに接合され）、その接合界面に、例えば誘電体多層膜からなる偏光分離面Ｓ７０Ｇが形成された偏光ビームスプリッタプリズム（Polarized Beam Splitterプリズム：ＰＢＳプリズム）である。従って、偏光分離面Ｓ７０Ｇは、液晶パネル６０Ｇに対向する直角プリズム７０１Ｇにおける光入射面Ｓ７０１Ｇ（光路の光軸１０１Ｇに直交する面）をＸ軸回りに約４５度回転させた面に平行であり、Ｇ光路の光軸１０１Ｇに対して約４５度程傾斜していることになる。つまり、偏光分離面Ｓ７０Ｇは、上記で定義した第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して約４５度程で交差していることになる。光軸に対して傾斜配置された平行平面板は、既に述べたように、非点収差を引き起こす。しかし、偏光分離面Ｓ７０Ｇが２つの直角プリズム７０１Ｇ，７０２Ｇの界面に形成されているので、非点収差が生じなく、画質劣化を招くことはない。また、非点収差をキャンセルする光路の光軸に傾斜する非点収差補正ガラスを使用しないので、バックフォーカスの増大を抑制することができる。
【００５１】
所で、偏光分離プリズムとして用いるＰＢＳプリズムは、周知の如く、光軸と偏光分離面の法線とで形成する面（以下、「主入射面」という）に平行でない斜め光が入射する場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下する懸念がある。そこで、本実施例においては、後段に反射型無機偏光板を配設して、漏れ光を防いでコントラストを高める構成としている。
【００５２】
偏光分離プリズム７０Ｇの透過光の光出射側には、反射型無機偏光板８０Ｇが光軸１０１Ｇ（すなわちＺ軸）に直交するように配置されている。反射型無機偏光板８０Ｇは、例えばワイヤグリッド型偏光板であり、透過軸がＹ方向となるように、図示しないワイヤグリッドの延伸方向がＸ方向となるように配置されている。従って、透過光は反射型無機偏光板８０Ｇの面を略垂直に透過するので、非点収差が生じない。
【００５３】
なお、偏光分離プリズム７０Ｇおよび反射型無機偏光板８０Ｇの光が入射する光入射面Ｓ７０１Ｇ，Ｓ８０Ｇの形状は、図３から明らかなように、共に、液晶パネル６０Ｇの矩形形状（長辺６０ｂＧの長さＫ×短辺６０ａＧの長さＬ）に略相似である。そして、通常、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに対応する偏光分離プリズム７０Ｇの辺７０ｂＧの長さＭは、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧの長さＫに対して、数１を満足するように設定される。
【００５４】
Ｍ≧Ｋ … （数１）
また、偏光分離面Ｓ７０Ｇが第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して４５度で交差するので、偏光分離プリズム７０Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７０ｃＧの長さは、辺７０ｂＧと同じＭとなる。
【００５５】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７０Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離プリズム７０Ｇの偏光分離面Ｓ７０Ｇに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７０Ｇをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７０Ｇで、偏光分離面Ｓ７０Ｇに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７０５に示すように、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに略平行な方向（つまりＹ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７０Ｇから出射する。換言すれば、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘは第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの一部（例えば１０％以下）は、偏光分離面Ｓ７０Ｇをそのまま透過する。偏光分離プリズム７０Ｇを透過して反射型無機偏光板８０Ｇに入射するＹ偏光光ＬＧ６０ｙと僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの透過軸方向（Ｙ軸方向）であるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは反射型無機偏光板８０Ｇを透過する。一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ軸方向）である僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、再び偏光分離プリズム７０Ｇに入射し、偏光分離面Ｓ７０Ｇで反射され、矢印７０６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７０Ｇから出射する。勿論、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの内、ごく僅かの量が偏光分離面Ｓ７０Ｇを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は元の１％程度以下（例えば１０％×１０％）であり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００５６】
以上述べたように、本実施例による出射側偏光素子は、光路に沿って順に配列された、光路の光軸を含み液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の短辺に平行である第１の光軸面Ｓ１０１Ｘに対して略９０度折り曲げて光路外に反射させる偏光分離面を有する偏光分離プリズム７０（７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ）と、光路の光軸に直交して配置される反射型無機偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）との組合せで構成されている。従って、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、不要な偏光光が偏光分離プリズム、反射型無機偏光板でそれぞれ除去されるので、消光比を大きくすることができ、高コントラストな映像とすることができる。また、不要な偏光光を反射させて除去できるので、光吸収による温度上昇を招くこともない。これにより、耐熱温度の低い液晶パネル６０や入射側偏光板５０に対して、温度上昇を引き起こすこともなく、冷却用ファン５８０から偏光分離プリズム７０や反射型無機偏光板８０に送風する風量を抑え、その分、入射側偏光板５０と液晶パネル６０に送風する風量を増やすようにすることができる。また、本実施例では、後段の反射型無機偏光板８０を光路の光軸に対して直交するように配置するが、反射型無機偏光板８０によって光路の光軸に略平行に反射される不要な偏光光を、前段の偏光分離プリズムで光路外に反射させることができる。つまり、不要な偏光光が液晶パネル６０に戻り、液晶パネルに内蔵される図示しないＴＦＴの誤動作を招くこともない。
【００５７】
なお、本実施例では、光路の光軸に直交する面に対して傾斜する偏光分離面を有する偏光分離プリズム７０の後段にコントラストを高めるために反射型無機偏光板８０を配置したが、従来技術では、光路の光軸に傾斜する反射型偏光板の後段に有機フィルム製の吸収型偏光板を配置する構成が知られている（例えば、特許文献１の図７）。しかし、後段に吸収型偏光板を用いると、上記した黒表示の場合における光吸収による温度上昇の問題に加えて、Ｂ光路に使用する吸収型偏光板に関しては、ＵＶ光（Ultraviolet Ray）による吸収型偏光板の有機部材の黄変も問題となる。ＵＶ光による有機部材の黄変は、例えば冷却用ファンなどで冷却風を吹き付け、温度を低くすれば、発生スピードを遅らせることは可能である。しかし、長時間経過すると、温度が低くとも黄変が必ず発生する。つまり、白表示の場合、吸収型偏光板の光吸収による温度上昇は問題ないが、ＵＶ光が通過することによる有機部材の黄変は問題となるため、その耐ＵＶ性も大きな課題となっている。
【００５８】
しかしながら、本実施例では、後段に反射型無機偏光板を使用しているため、耐ＵＶ性に関しても優れている。白表示の場合、有効な偏光光の９０％以上が偏光分離プリズム７０を通過し、後段の反射型無機偏光板においても９０％以上通過する。その際、Ｂ光に関しては、ＵＶ光を含むため、後段の偏光板が有機フィルム製の吸収型偏光板であれば、有機フィルム（有機部材）の黄変が問題になるが、本実施例では、反射型無機偏光板８０を使用しているため、ＵＶ光による黄変の問題はない。
【実施例２】
【００５９】
実施例１では、偏光分離プリズム７０Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７０ｃＧの長さは、偏光分離プリズム７０Ｇの光入射面Ｓ７０１Ｇにおける長手の辺７０ｂＧの長さＭと同じであり、投射レンズ後端と液晶パネルとの間の距離であるバックフォーカスが長い。次に、実施例１による偏光分離プリズムの偏光分離面を第１の光軸面で対称に分割し、さらにバックフォーカスを短くする実施例２について説明する。
【００６０】
図５は、本実施例による出射側偏光素子の構成をＸ軸方向から見た平面視図である。なお、本図でも、図示を簡単とするため、図紙面に垂直なＸ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００６１】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７１Ｇと反射型無機偏光板８０Ｇとからなる。但し、本実施例による偏光分離プリズム７１Ｇは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して略＋４５度および−４５度傾斜する、略直交してＶの字形状をなす２つの偏光分離面Ｓ７１ａＧとＳ７１ｂＧを有する点で、実施例１の偏光分離プリズム７０Ｇと異なる。
【００６２】
すなわち、偏光分離プリズム７１Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに平行なＹＺ断面における断面形状が略直角三角形で略直角の角が液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７１１Ｇ（底面が略直角三角形の三角柱であり、略直角三角形の略直角の角が透過型液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７１１Ｇ）と、第１の直角プリズム７１１Ｇの略直角の角を挟む面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第３の直角プリズム７１３Ｇ（第１の直角プリズム７１１Ｇの、略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第３の直角プリズム７１３Ｇ）とで構成されている。そして、第１の直角プリズム７１１Ｇと第２の直角プリズム７１２Ｇおよび第１の直角プリズム７１１Ｇと第３の直角プリズム７１３Ｇとの接合界面にそれぞれ偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧが形成され、偏光分離面が全体として直交するＶの字形状をなしている。つまり、偏光分離プリズム７１Ｇは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して対称な構造を有する偏光分離プリズムである。従って、光路の光軸１０１Ｇに沿う偏光分離プリズム７１Ｇの長さは、Ｍ／２となり、実施例１における長さＭに対して半分とすることができ、よりバックフォーカスを短くすることが出来る。
【００６３】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。反射型無機偏光板については実施例１で述べたので、ここでは実施例１とは異なる偏光分離プリズム７１Ｇを中心にして説明することとする。なお、上記のように偏光分離プリズム７１Ｇは、液晶パネル６０Ｇの長辺方向（Ｙ方向）において対称なので、液晶パネル６０Ｇから偏光分離プリズム７１Ｇの偏光分離面Ｓ７１ａＧに入射する光について説明する。
【００６４】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７１Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離面Ｓ７１ａＧに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７１ａＧをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７１ａＧで偏光分離面Ｓ７１ａＧに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７１５に示すように、液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに平行な方向（つまりＹ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７１Ｇから光路外に出射する。換言すれば、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘは第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｘの一部は、偏光分離面Ｓ７１ａＧをそのまま透過する。偏光分離プリズム７１Ｇを透過して反射型無機偏光板８０Ｇに入射するＹ偏光光ＬＧ６０ｙと僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの透過軸方向（Ｙ軸方向）であるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは反射型無機偏光板８０Ｇを透過する。
【００６５】
一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０Ｇの反射軸方向（Ｘ軸方向）である僅かな量のＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、反射型無機偏光板８０Ｇで反射され、再び偏光分離プリズム７１Ｇに入射し、大部分は偏光分離面Ｓ７１ａＧで反射され、矢印７１６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離面Ｓ７１ｂＧに向かう（なお、一部は偏光分離面Ｓ７１ａＧを透過して液晶パネル６０Ｇに向かう）。次に、偏光分離面Ｓ７１ａＧで反射された光の内、大部分は、偏光分離面Ｓ７１ｂＧで反射され光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７１Ｇから出射し、再度、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する（なお、一部は偏光分離面Ｓ７１ｂＧを透過し、矢印７１７方向に偏光分離プリズム７１Ｇの側面から光路外に出射する）。反射型無機偏光板８０Ｇに入射する入射光はＸ偏光光なので、反射型無機偏光板８０Ｇによりそのまま反射され、偏光分離プリズム７１Ｇに戻る。そして、上記とは逆に、偏光分離面Ｓ７１ｂＧ，Ｓ７１ａＧで反射され、偏光分離プリズム７１Ｇから出射し、反射型無機偏光板８０Ｇに入射する。以下、同様な過程を繰り返すが、一部のＸ偏光光は、偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧで反射されずに透過するので、上記反射過程の中で次第に減衰することになる。なお、上記反射過程のなかで、一部が偏光分離面Ｓ７１ａＧ，Ｓ７１ｂＧを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は、実施例１で既に述べておいたが、ごく僅かであり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００６６】
以上述べたように、本実施例による偏光分離プリズムを用いれば、実施例１に較べ、バックフォーカスを短くすることができる。また、これに伴い、投射型表示装置の小型化を図ることができる。
【実施例３】
【００６７】
次に、バックフォーカスを短くする実施例１，２とは異なる実施例３について説明する。実施例１，２においては、偏光分離プリズムにおける不要光（例えば、偏光分離面に対して規定されるＳ偏光光）を液晶パネルの長辺に平行な方向（例えばＹ方向）に反射させるようにしたが、本実施例は、液晶パネルの短辺に平行な方向（例えばＸ方向）に反射させる点で異なる。
【００６８】
図６は、本実施例による出射側偏光素子の構成を説明する図である。同図（ａ）は出射側偏光素子の構成を模式的に示す斜視図、同図（ｂ）は（ａ）図をＹ軸方向から見た平面視図である。なお、図６（ｂ）では、図示を簡単とするため、Ｙ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００６９】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、図６に示すように、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７２Ｇと反射型無機偏光板８０ＡＧとからなる。
【００７０】
偏光分離プリズム７２Ｇは、ここでは、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに平行なＺＸ断面における断面形状が略直角三角形である２つの直角プリズム７２１Ｇ，７２２Ｇがその長辺側面で接合され（底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズム７２１Ｇ，７２２Ｇがその長辺側面で互いに接合され）、その接合界面に、例えば誘電体多層膜からなる偏光分離面Ｓ７２Ｇが形成された偏光ビームスプリッタプリズム（ＰＢＳプリズム）である。従って、偏光分離面Ｓ７２Ｇは、液晶パネル６０Ｇの面に対向する直角プリズム７２１Ｇにおける光入射面Ｓ７２１Ｇ（光路の光軸１０１Ｇに直交する面）をＹ軸回りに約４５度回転させた面に平行であり、Ｇ光路の光軸１０１Ｇに対して約４５度程傾斜していることになる。つまり、偏光分離面Ｓ７２Ｇは、図４で定義した第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して約４５度程で交差していることになる。図６から明らかなように、直角プリズム７２１Ｇの直角の角を形成する辺７２ａＧの長さＮは、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧ（長さＬ）に対応しており、通常、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧの長さＬに対して、数２を満足するように設定される。
【００７１】
Ｎ≧Ｌ … （数２）
また、偏光分離面Ｓ７２Ｇが第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して略４５度で交差するので、偏光分離プリズム７２Ｇの光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７２ｃＧの長さは、偏光分離プリズム７２Ｇの光入射面Ｓ７２１Ｇにおける短手の辺７２ａＧの長さＮと同じとなる。従って、実施例１よりバックフォーカスを短くすることができる。但し、液晶パネル６０Ｇのアスペクト比が、例えばＫ：Ｌ＝４：３であるとすると、実施例２では、光軸に沿う偏光分離プリズムの長さは、偏光分離プリズムの光入射面における長手の辺の長さＭの１／２なので、本実施例による光路の光軸１０１Ｇに沿う辺７２ｃＧの長さＮは、実施例２のそれより長くなる。
【００７２】
本実施例による偏光分離プリズム７２Ｇの偏光分離面Ｓ７２Ｇは、実施例１，２と異なり、９０度ねじれているので、偏光分離面Ｓ７２Ｇを透過するＰ偏光光の透過軸方向はＸ方向となる。従って、反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸を偏光分離プリズム７２Ｇの透過軸と合わせるため、反射型無機偏光板８０ＡＧのワイヤグリッド（図示せず）の延伸方向はＹ方向とされている。
【００７３】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。ここでは、実施例２と同様、偏光分離プリズム７２Ｇを中心にして説明することとする。
【００７４】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７２Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離プリズム７２Ｇの偏光分離面Ｓ７２Ｇに対してＰ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光分離面Ｓ７２Ｇをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７２Ｇで偏光分離面Ｓ７２Ｇに対してＳ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、大部分（例えば９０％以上）が反射され、矢印７２５に示すように、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧに略平行な方向（つまりＸ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７２Ｇから出射する。換言すれば、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙは第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙの一部（例えば１０％以下）は、偏光分離面Ｓ７２Ｇをそのまま透過する。偏光分離プリズム７２Ｇを透過して反射型無機偏光板８０ＡＧに入射するＸ偏光光ＬＧ６０ｘと僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸方向（Ｘ軸方向）であるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射型無機偏光板８０ＡＧを透過する。一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの反射軸方向（Ｙ軸方向）である僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、反射型無機偏光板８０ＡＧで反射され、再び偏光分離プリズム７２Ｇに入射し、偏光分離面Ｓ７２Ｇで反射され、矢印７２６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７２Ｇから出射する。勿論、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙの内、ごく僅かの量が偏光分離面Ｓ７２Ｇを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は元の１％程度以下（例えば１０％×１０％）であり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【００７５】
反射型無機偏光板８０ＡＧを透過したＸ偏光光（ＬＧ６０ｘ）は、光合成プリズム２００に入射することになる。しかし、Ｘ偏光光は、光合成プリズムのダイクロイック膜２１０の面に対してＳ偏光光となる。光合成プリズム２００においては、一般に、光利用率向上を考慮して、既に述べたＧ光をＰ偏光光、Ｒ光とＢ光をＳ偏光光とする所謂ＳＰＳ合成が適用される。そのため、反射型無機偏光板８０ＡＧと光合成プリズム２００との間に１／２λ波長板９０Ｇを挿入する。１／２λ波長板９０Ｇにより、Ｇ光はダイクロイック膜２１０の面に対してＰ偏光光であるＹ偏光光とされ、光合成プリズム２００に入射することになる。なお、本実施例では、光合成プリズム２００の光入射側に１／２λ波長板９０Ｇがない場合、上記のように、光合成プリズム２００のダイクロイック膜２１０の面に対してＳ偏光光が入射することになるので、Ｒ光路およびＢ光路には、１／２λ波長板９０Ｒおよび９０Ｂが必要となる。
【００７６】
所で、本実施例では、偏光分離プリズム７２Ｇを透過する偏光光はＸ偏光光なので、光強度変調されて液晶パネル６０Ｇから出射する偏光光はＸ偏光となる。従って、液晶パネル６０ＧにはＹ偏光光が照射されなければならない。しかし、図１に示す投射型液晶表示装置では、Ｘ偏光光が入射する構成となっている。つまり、照明光学系１００と液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）との間に、Ｘ偏光光をＹ偏光光に変換する光学素子、例えば１／２λ波長板を挿入する必要がある。
【００７７】
図７は、本実施例による出射側偏光素子を適用した投射型液晶表示装置における光合成プリズム近傍の光学系の模式構成図である。なお、同図において、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。
【００７８】
図７において、液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の光入射側には、入射側偏光板５０Ａ（５０ＡＲ，５０ＡＧ，５０ＡＢ）が配置されている。この入射側偏光板５０Ａは、透過軸方向がＹ偏光方向とされている。さらに、入射側偏光板５０Ａ（５０ＡＲ，５０ＡＧ，５０ＡＢ）の光入射側には、１／２λ波長板９５（９５Ｒ，９５Ｇ，９５Ｂ）が装着されている。従って、照明光学系１００から光分離光学系１３０を経て照射される各色光のＸ偏光光は、１／２λ波長板９５（９５Ｒ，９５Ｇ，９５Ｂ）でＹ偏光光に変換され、入射側偏光板５０ＡでＹ偏光光の偏光度が高められ、液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）に照射される。液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）からは光強度変調されたＸ偏光光が出射され、偏光分離プリズム７２（７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）と反射型無機偏光板８０Ａ（８０ＡＲ，８０ＡＧ，８０ＡＢ）からなる出射側偏光素子でＸ偏光光の純度が高められる。そして、Ｒ光およびＢ光はＸ偏光光（つまり、Ｓ偏光光）のまま光合成プリズム２００に入射し、Ｇ光は１／２λ波長板９０ＧでＹ偏光光（つまり、Ｐ偏光光）とされて光合成プリズム２００に入射する。その後、光合成プリズム２００で光合成されてカラー映像とされ、投射レンズ３００によってスクリーン（図示せず）に投影される。
【００７９】
以上述べたように、本実施例による出射側偏光素子は、光路に沿って順に配列された、光路の光軸を含み液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の長辺に平行である第２の光軸面Ｓ１０１Ｙに対して略９０度折り曲げて光路外に反射させる偏光分離面を有する偏光分離プリズム７２（７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）と、光路の光軸に直交して配置される反射型無機偏光板８０Ａ（８０ＡＲ，８０ＡＧ，８０ＡＢ）との組合せで構成されている。本構成により、偏光分離プリズム７２の光軸に沿う長さは液晶パネル６０の短辺６０ａ（６０ａＲ，６０ａＧ，６０ａＢ）の長さに対応することになり、実施例１による効果に加えて、実施例１の場合よりさらにバックフォーカスを短くすることができる。
【実施例４】
【００８０】
実施例３による偏光分離プリズムの偏光分離面を第２の光軸面Ｓ１０１Ｙで対称に分割し、さらにバックフォーカスを短くする実施例４について説明する。
【００８１】
図８は、本実施例による出射側偏光素子の構成をＹ軸方向から見た平面視図である。なお、本図でも、図示を簡単とするため、図紙面に垂直なＹ偏光光を「円で囲んだＹ」で表示するものとする。また、出射側偏光素子の構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じ構成であり、代表的にＧ光路の出射側偏光素子を用いて説明する。
【００８２】
まず、出射側偏光素子の構成について説明する。本実施例でも、出射側偏光素子は、液晶パネル６０Ｇの光出射側に順に配設された、同じ透過軸を有する偏光分離プリズム７３Ｇと反射型無機偏光板８０ＡＧとからなる。但し、本実施例による偏光分離プリズム７３Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して略＋４５度および−４５度傾斜する、略直交してＶの字形状をなす２つの偏光分離面Ｓ７３ａＧとＳ７３ｂＧを有する点で、実施例３の偏光分離プリズム７２Ｇと異なる。
【００８３】
すなわち、偏光分離プリズム７３Ｇは、ＺＸ断面における断面形状が略直角三角形で略直角の角が液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７３１Ｇ（底面が略直角三角形の三角柱であり、略直角三角形の略直角の角が透過型液晶パネル６０Ｇ側に向いた第１の直角プリズム７３１Ｇ）と、第１の直角プリズム７３１Ｇの略直角の角を挟む面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第３の直角プリズム７３３Ｇ（第１の直角プリズム７３１Ｇの、略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第３の直角プリズム７３３Ｇ）とで構成されている。そして、第１の直角プリズム７３１Ｇと第２の直角プリズム７３２Ｇおよび第１の直角プリズム７３１Ｇと第３の直角プリズム７３３Ｇとの接合界面にそれぞれ偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧが形成され、偏光分離面が全体として直交するＶの字形状をなしている。つまり、偏光分離プリズム７３Ｇは、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して対称な構造を有する偏光分離プリズムである。従って、光路の光軸１０１Ｇに沿う偏光分離プリズム７３Ｇの長さはＮ／２となり、実施例３における長さＮに対して半分とすることができ、よりバックフォーカスを短くすることが出来る。
【００８４】
次に、出射側偏光素子の動作について説明する。反射型無機偏光板については実施例１で述べたので、ここでは実施例３とは異なる偏光分離プリズム７３Ｇを中心にして説明することとする。なお、上記のように偏光分離プリズム７３Ｇは、液晶パネル６０Ｇの短辺方向（Ｘ方向）において対称なので、液晶パネル６０Ｇから偏光分離プリズム７３Ｇの偏光分離面Ｓ７３ａＧに入射する光について説明する。
【００８５】
上記構成の出射側偏光素子に液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。偏光分離プリズム７３Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、偏光分離面Ｓ７３ａＧに対してＰ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは、偏光分離面Ｓ７３ａＧをそのまま透過する。また、偏光分離面Ｓ７３ａＧで偏光分離面Ｓ７３ａＧに対してＳ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、大部分が反射され、矢印７３５に示すように、液晶パネル６０Ｇの短辺６０ａＧに平行な方向（つまりＸ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、偏光分離プリズム７３Ｇから光路外に出射する。換言すれば、Ｙ偏光光ＬＧ６０ｙは第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射される。しかし、Ｘ偏光光ＬＧ６０ｙの一部は、偏光分離面Ｓ７３ａＧをそのまま透過する。偏光分離プリズム７３Ｇを透過して反射型無機偏光板８０ＡＧに入射するＸ偏光光ＬＧ６０ｘと僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙの内、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの透過軸方向（Ｘ軸方向）であるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射型無機偏光板８０ＡＧを透過する。
【００８６】
一方、偏光方向が反射型無機偏光板８０ＡＧの反射軸方向（Ｙ軸方向）である僅かな量のＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、反射型無機偏光板８０ＡＧで反射され、再び偏光分離プリズム７３Ｇに入射し、大部分は偏光分離面Ｓ７３ａＧで反射され、矢印７３６に示すように、光路が約９０度折り曲げられて偏光分離面Ｓ７３ｂＧに向かう（なお、一部は偏光分離面Ｓ７３ａＧを透過して液晶パネル６０Ｇに向かう）。次に、偏光分離面Ｓ７３ａＧで反射された光の内、大部分は、偏光分離面Ｓ７３ｂＧで反射され光路が約９０度折り曲げられて偏光分離プリズム７３Ｇから出射し、再度、反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する（なお、一部は偏光分離面Ｓ７３ｂＧを透過し、矢印７３７方向に偏光分離プリズム７３Ｇの側面から光路外に出射する）。反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する入射光はＹ偏光光なので、反射型無機偏光板８０ＡＧによりそのまま反射され、偏光分離プリズム７３Ｇに戻る。そして、上記とは逆に、偏光分離面Ｓ７３ｂＧ，Ｓ７３ａＧで反射され、偏光分離プリズム７３Ｇから出射し、反射型無機偏光板８０ＡＧに入射する。以下、同様な過程を繰り返すが、一部のＹ偏光光は、偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧで反射されずに透過するので、上記反射過程の中で次第に減衰することになる。なお、上記反射過程のなかで、一部が偏光分離面Ｓ７３ａＧ，Ｓ７３ｂＧを透過し液晶パネル６０Ｇに戻る。この戻り量は、実施例１で既に述べておいたが、ごく僅かであり、ＴＦＴの誤動作を引き起こす事もなく、画質劣化を招く懸念はない。
【実施例５】
【００８７】
実施例１乃至４においては、出射側偏光素子を、前段に配置された偏光分離プリズム（例えばＰＢＳプリズム）と、後段に光軸に直交して配置された反射型無機偏光板（例えばワイヤグリッド型偏光板）とで構成としている。そして、該構成により、非点収差を低減して、例えばスクリーン上に投射された映像（画像）の解像度劣化を低減している。
【００８８】
一般に、ＰＢＳプリズムにおいては、光軸と偏光分離面の法線とで形成する主入射面に平行でない斜め光が入射する場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下する懸念がある。そこで、実施例１乃至４においては、後段に反射型無機偏光板を配設して、漏れ光を防いでコントラストを高める構成とした。勿論、ＰＢＳプリズムに取って代わる、前記斜め光が入射しても漏れ光が少ない偏光分離プリズムがあれば、反射型無機偏光板を無くして、非点収差補正に伴うバックフォーカスの増大を抑えながら、発熱の少ない出射側偏光素子とすることができる。以下、この目的を実現するために、偏光分離プリズムとして反射型無機偏光分離プリズム（後述）を用いた実施例５について説明する。
【００８９】
図９は、本実施例による偏光分離プリズムとしての反射型無機偏光分離プリズムの動作を説明する図である。同図（ａ）は反射型無機偏光分離プリズムをＸ軸方向から見た平面視図、同図（ｂ）は反射型無機偏光分離プリズムの平面視詳細図である。なお、図９（ａ）では、図示を簡単とするため、Ｘ偏光光を「円で囲んだＸ」で表示するものとする。また、反射型無機偏光分離プリズムの配置構成は、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路共に同じであり、ここでは代表的にＧ光路の配置構成を用いて説明する。
【００９０】
図９に示すように、本実施例では、液晶パネル６０Ｇの光出射側と光合成プリズム２００との間に、出射側偏光素子とし反射型無機偏光分離プリズム７４Ｇが配置されている。反射型無機偏光分離プリズム７４Ｇは、２つの直角プリズム７４１Ｇと７４２Ｇの長辺側面間に、例えば図２で述べたような反射型無機偏光板７４４Ｇが図示しない接着層を介して挟持されたものである（偏光分離面Ｓ７４Ｇに反射型無機偏光板７４４Ｇが保持されたものである）。反射型無機偏光板７４４Ｇが光軸１０１Ｇの第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して略４５度傾斜することとなるので、反射型無機偏光板７４４Ｇは偏光分離面Ｓ７４Ｇとして機能する。ここでは、反射型無機偏光板７４４Ｇとして、例えばワイヤグリッド型偏光分離素子を用いる。従って、反射軸をＸ方向と平行とするために、ワイヤグリッドの延伸方向はＸ軸方向とされる。
【００９１】
ワイヤグリッド型偏光分離素子は、例えば、特開２００３−１３１２１２号公報の図４で述べられているように、ブリュースター角を利用した薄膜（誘電体多層膜）のＰＢＳプリズムより、入射角に対して分光透過率の変化が小さく、非常に高い効率で偏光分離することができる。従って、例えばワイヤグリッド型偏光分離素子を２つの直角プリズムで接着層（図示せず）を介して挟持したワイヤグリッド型偏光分離プリズムをＰＢＳプリズムに代えて用いれば、斜め光が入射しても漏れ光による消光比の低下を抑えることができ、コントラストを良好に保持することが可能となる。
【００９２】
上記構成のワイヤグリッド型偏光分離プリズム（反射型無機偏光分離プリズム）７４Ｇに液晶パネル６０Ｇから直交するＹ偏光光ＬＧ６０ｙおよびＸ偏光光ＬＧ６０ｘとを含む光ＬＧ６０が入射するとする。ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇに入射した光ＬＧ６０の内、ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇの偏光分離面Ｓ７４Ｇに対してＰ偏光光となるＹ偏光光ＬＧ６０ｙは、偏光分離面Ｓ７４Ｇをそのまま透過し、光合成プリズム２００に入射する。また、偏光分離面Ｓ７４Ｇで偏光分離面Ｓ７４Ｇに対してＳ偏光光となるＸ偏光光ＬＧ６０ｘは反射され、矢印７４５に示すように、第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直となる方向に、つまり液晶パネル６０Ｇの長辺６０ｂＧに略平行な方向（Ｙ方向）に光路が約９０度折り曲げられて、ワイヤグリッド型偏光分離プリズム７４Ｇから光路外に出射する。
【００９３】
以上述べたように、出射側偏光素子として偏光分離機能を有する反射型無機偏光分離プリズムを用いることにより、バックフォーカスの増大を抑えながら非点収差を抑えることができる。また、斜め光が入射しても漏れ光が少ないので、後段に反射型無機偏光板を無くすことも可能となる。
【００９４】
なお、ここでは、不要光（上記例ではＸ偏光光ＬＧ６０ｘ）を偏光分離面Ｓ７４Ｇにより第１の光軸面Ｓ１０１ＸＧに対して垂直な方向に反射させるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光分離面を第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに略４５度で交差させ、第２の光軸面Ｓ１０１ＹＧに対して垂直な方向に反射させるようにしてもよい。これにより、バックフォーカスをより短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施例１に係わる投射型液晶表示装置の光学系の模式構成図。
【図２】実施例１に係わる反射型無機偏光板の種々の例を示す説明図。
【図３】実施例１による出射側偏光素子の構成を説明する図。
【図４】実施例１に係わる光軸面を規定する図。
【図５】実施例２による出射側偏光素子の構成をＸ軸方向から見た平面視図。
【図６】実施例３による出射側偏光素子の構成を説明する図。
【図７】実施例３による出射側偏光素子を適用した投射型液晶表示装置における光合成プリズム近傍の光学系の模式構成図。
【図８】実施例４による出射側偏光素子の構成をＹ軸方向から見た平面視図。
【図９】実施例５による反射型無機偏光分離プリズムの動作を説明する図。
【符号の説明】
【００９６】
１０ 光源ユニット、１１ ランプ、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、５０，５０Ａ 入射側偏光板、６０ 液晶パネル、６０ａ 短辺、６０ｂ 長辺、７０，７１，７２，７３，７４ 偏光分離プリズム、８０，８０Ａ 反射型無機偏光板、８１ 透光性基板、８２ ワイヤグリッド（金属薄膜）、８３ 溝、８５ 調整層、８６ 高屈折率層、８７ 低屈折率層、９０，９５ １／２λ波長板、１００ 照明光学系、１０１ 光軸、１３０ 光分離光学系、１４０ リレー光学系、２００ 光合成プリズム、２１０ ダイクロイック膜、３００ 投射レンズ、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、７０１，７０２ 直角プリズム、７０５，７０６ 矢印、７１１ 第１の直角プリズム、７１２ 第２の直角プリズム、７１３ 第３の直角プリズム、７１５，７１６，７１７ 矢印、７２１，７２２ 直角プリズム、７２５，７２６ 矢印、７３１ 第１の直角プリズム、７３２ 第２の直角プリズム、７３３ 第３の直角プリズム、７３５，７３６，７３７ 矢印、７４１，７４２ 直角プリズム、７４４ 反射型無機偏光板、７４５ 矢印、
Ｓ７０，Ｓ７１，Ｓ７２，Ｓ７３，Ｓ７４ 偏光分離面、Ｓ８０ 光入射面、Ｓ１０１Ｘ 第１の光軸面、Ｓ１０１Ｙ 第２の光軸面、Ｓ７０１，Ｓ７２１ 光入射面、
Ｌ６０ 光、Ｌ８００ 入射光、Ｌ８０１ 透過光、Ｌ８０２ 反射光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置であって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、
前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、反射型無機偏光板であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズムが該直角プリズムの長辺側面で互いに接合され、前記直角プリズムの接合界面に偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱であり、前記略直角三角形の略直角の角が前記透過型液晶パネル側に向いた第１の直角プリズムと、
前記第１の直角プリズムの、前記略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズムおよび第３の直角プリズムとで構成されてなり、
前記第１の直角プリズムと、前記第２の直角プリズムおよび前記第３の直角プリズムとの接合界面にそれぞれ偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムによる前記第２の偏光光の反射方向が、前記透過型液晶パネルの短手方向に平行であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムにおける前記偏光分離面が光軸に直交する面に対して略４５度傾斜していることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項７】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置であって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、
前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムにおける前記偏光分離面が光軸に直交する面に対して略４５度傾斜していることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズムが該直角プリズムの長辺側面で互いに接合され、前記直角プリズムの接合界面に偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱であり、前記略直角三角形の略直角の角が前記透過型液晶パネル側に向いた第１の直角プリズムと、
前記第１の直角プリズムの、前記略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズムおよび第３の直角プリズムとで構成されてなり、
前記第１の直角プリズムと、前記第２の直角プリズムおよび前記第３の直角プリズムとの接合界面にそれぞれ偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムによる前記第２の偏光光の反射方向が、前記透過型液晶パネルの短手方向に平行であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、反射型無機偏光板であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１３】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、
前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１４】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、
前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置であって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、
前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、反射型無機偏光板であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズムが該直角プリズムの長辺側面で互いに接合され、前記直角プリズムの接合界面に偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱であり、前記略直角三角形の略直角の角が前記透過型液晶パネル側に向いた第１の直角プリズムと、
前記第１の直角プリズムの、前記略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズムおよび第３の直角プリズムとで構成されてなり、
前記第１の直角プリズムと、前記第２の直角プリズムおよび前記第３の直角プリズムとの接合界面にそれぞれ偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムによる前記第２の偏光光の反射方向が、前記透過型液晶パネルの短手方向に平行であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムにおける前記偏光分離面が光軸に直交する面に対して略４５度傾斜していることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項７】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する投射型液晶表示装置であって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、
前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムにおける前記偏光分離面が光軸に直交する面に対して略４５度傾斜していることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱である直角プリズムが該直角プリズムの長辺側面で互いに接合され、前記直角プリズムの接合界面に偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムは、底面が略直角三角形の三角柱であり、前記略直角三角形の略直角の角が前記透過型液晶パネル側に向いた第１の直角プリズムと、
前記第１の直角プリズムの、前記略直角三角形の略直角の角を形成する面にそれぞれ長辺側面が接合された第２の直角プリズムおよび第３の直角プリズムとで構成されてなり、
前記第１の直角プリズムと、前記第２の直角プリズムおよび前記第３の直角プリズムとの接合界面にそれぞれ偏光分離面が形成されてなることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記偏光分離プリズムによる前記第２の偏光光の反射方向が、前記透過型液晶パネルの短手方向に平行であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の投射型液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、反射型無機偏光板であることを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１３】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光の一部を透過し、前記第２の偏光光の一部を光路外に反射する偏光分離プリズムと、
前記偏光分離プリズムを透過した前記第１の偏光光を透過し、前記偏光分離プリズムを透過した前記第２の偏光光の一部を反射する反射型偏光板とを有し、
前記反射型偏光板により反射された前記第２の偏光光の一部を、前記偏光分離プリズムで光路外に反射することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１４】
光を出射する照明光学系と、
前記照明光学系により出射された光を複数の色光に分離する光分離光学系と、
前記光分離光学系により分離されたそれぞれの色光を映像信号に応じて変調する透過型液晶パネルと、
前記透過型液晶パネルにより変調された、互いに直交する第１の偏光光および第２の偏光光からなる色光のうち、前記第１の偏光光を透過する出射側偏光素子と、
前記出射側偏光素子を透過したそれぞれの色光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された光を投射する投射手段とを有する光学ユニットであって、
前記出射側偏光素子は、前記第１の偏光光を透過し、前記第２の偏光光を光路外に反射する偏光分離面が形成された偏光分離プリズムを有し、
前記偏光分離面に反射型偏光板が保持されてなることを特徴とする光学ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−１３９８７５（Ｐ２００９−１３９８７５Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１９０５７（Ｐ２００７−３１９０５７）
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１１日（２００７．１２．１１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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