波長選択性偏光素子および投影型表示装置
【課題】ホイール回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域における偏光変換基準軸方向のずれ量を低減できる波長選択性偏光素子を提供する。
【解決手段】光の偏光方向を波長選択的に変換する色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳが、回転中心Ｏを対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子１２であって、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは、回転中心Ｏを対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなる。端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の中心より当該偏光変換領域Ｂ−ＣＳの中心寄りに偏心させた位置に設定され、かつ、端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の分割角度γ１，γ３が中間細分割領域Ｅ２の分割角度γ２よりも大きくなるように不均等に細分割されている。
【解決手段】光の偏光方向を波長選択的に変換する色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳが、回転中心Ｏを対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子１２であって、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは、回転中心Ｏを対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなる。端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の中心より当該偏光変換領域Ｂ−ＣＳの中心寄りに偏心させた位置に設定され、かつ、端部細分割領域Ｅ１，Ｅ３の分割角度γ１，γ３が中間細分割領域Ｅ２の分割角度γ２よりも大きくなるように不均等に細分割されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換するホイール形状の波長選択性偏光素子およびこの波長選択性偏光素子を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラーリンク社のカラーセレクト（登録商標；以下省略）と称される部材がある。このカラーセレクトは、積層した位相差板によって構成される波長選択性偏光素子であり、入射光の偏光方向を波長選択的に例えばＰ偏光からＳ偏光に回転させて出力することができる。このような波長選択性偏光素子は、例えば特許文献１等に示されるように、投影型表示装置の照明光に対して適用することで、特定波長の色光の偏光方向のみを変換させてダイクロイックプリズム等に入射させ、色分離合成に供することができる。
【０００３】
ここで、このようなカラーセレクトには、色光別の複数の偏光変換領域が、扇形状となるように、回転中心を対称軸として放射状に２〜４分割させて形成されたホイール形状のものがある。そして、回転により光軸上に位置する偏光変換領域を順次切り換えるものである。例えば、３原色ＲＧＢのＰ偏光を入射させる場合において、或る偏光変換領域が光軸上に位置すると、青色光ＢのみＳ偏光に変換し赤色光Ｒや緑色光ＧはＰ偏光のまま透過させ、また、別の偏光変換領域が光軸上に位置すると、緑色光ＧのみＳ偏光に変換し赤色光Ｒや青色光ＢはＰ偏光のまま透過させる如く構成される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、扇形状の各偏光変換領域は、回転中心と領域中心とを結ぶ半径方向に偏光変換基準軸方向（注目波長光の偏光面を最も効率よく９０度回転させ得る軸方向）が設定されている。よって、偏光変換領域に入射する照明光の偏光方向と偏光変換基準軸方向との関係がホイール回転に伴い大きく変化すると、その変化に伴い、偏光を回転させる波長域がずれる、偏光変換の効率が劣化する等、偏光変換領域に要求される特性が劣化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ホイール回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域における偏光変換基準軸方向のずれ量を低減させ、色光別の偏光変換領域の特性劣化を軽減させることができる波長選択性偏光素子およびこの波長選択性偏光素子を用いた投影型表示装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割され、該細分割領域は、同一の変換特性を持つ部材からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなり、前記各細分割領域の偏光変換基準軸方向がそれぞれ前記回転中心を対称軸として放射状に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域内の回転方向両端に位置する端部細分割領域の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域は、前記端部細分割領域の分割角度がこれら端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記端部細分割領域における偏光変換基準軸よりも前記中間細分割領域側部分の角度と、前記中間細分割領域における偏光変換基準軸に対する両側部分の角度とが、ほぼ等しいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域内の回転方向両端の端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の偏光変換基準軸は、該中間細分割領域のほぼ中心位置に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記偏光変換領域は、第１の色光に対応する第１の領域とこの第１の色光とは異なる第２の色光に対応する領域であって前記第１の色光に対応する前記第１の領域の有する偏光変換特性とは異なる偏光変換特性を有する第２の領域が回転方向に交互に隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記第１の領域と前記第２の領域は、回転中心に対して同じ角度範囲であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、照明光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する上記発明の波長選択性偏光素子と、該波長選択性偏光素子を透過した特定の偏光方向の特定の色光による照明光を該色光に対応する色信号に基づき変調する空間光変調器と、該空間光変調器で変調された投影光が入射される投影レンズと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる波長選択性偏光素子および投影型表示装置は、色光別の各偏光変換領域を、回転中心を対称軸として放射状に細分割し、該細分割領域を、同一の変換特性を持つ部材により構成し、または、色光別の各偏光変換領域を、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域により構成しているので、各偏光変換領域内に放射状の複数の偏光変換基準軸を持たせることができ、よって、ホイール形状の当該波長選択性偏光素子の回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域における偏光変換基準軸方向のずれ量を１本の偏光変換基準軸の場合に比して低減させ、色光別の偏光変換領域の特性劣化を軽減させることができるという効果を奏する。また、波長選択性偏光素子に入射する光は、点ではなく、ある程度の大きさを有する光束であるが、各偏光変換領域内を同一の変換特性を有する複数の細分割領域に細分割しているので、異色領域間の境界が増えることがなく、ブランキング期間の増加による効率低下を抑制できるという効果を奏する。
【００１７】
特に、偏光変換領域内で端部に位置して異なる色光用の他の偏光変換領域に隣接する端部細分割領域に関しては、他の偏光変換領域に隣接する側は混色防止のブランキング期間等のために有効範囲が光束の大きさ分だけ内側位置に規制されるのに対して、反対側は同一色用の細分割領域が存在し有効範囲が規制されず入射する光束が当該領域から完全に抜け出すまで有効利用される偏りに着目し、偏光変換基準軸方向を当該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置とすることで、当該端部細分割領域の有効部分に対して実質的な中央位置に設定し、領域両側についてずれ量を均等化させることで、当該端部細分割領域に入射する光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を低減させることができるという効果を奏する。
【００１８】
さらには、偏光変換領域内で端部細分割領域間に位置する中間細分割領域に関しては、両側に同一色用の細分割領域が存在し有効範囲が規制されず、入射する光束が当該領域の両側から完全に抜け出すまで有効利用され、端部細分割領域の場合よりも実質的に有効範囲が広い点に着目し、端部細分割領域の分割角度が中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割することで、端部細分割領域および中間細分割領域に入射する光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を均等化させて低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態である波長選択性偏光素子および投影型表示装置について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の波長選択性偏光素子を備える投影型表示装置を示す原理的構成図である。本実施の形態の投影型表示装置１は、空間光変調器としてＤＭＤ素子（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の２板型の投影型表示装置への適用例を示す。
【００２１】
本実施の形態の投影型表示装置１は、概略的には、光源２を含む照明光学系３、波長選択性偏光素子１０、全反射型プリズム４、ダイクロイックプリズム５、２つのＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢ、偏光板７および投影レンズ８を備える。
【００２２】
光源２は、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。照明光学系３は、光源２から出力される照明光の偏光状態を例えばＰ偏光に揃える偏光変換素子等により構成されている。
【００２３】
波長選択性偏光素子１０は、光源２から出射された白色光（照明光）の偏光方向を波長選択的にＰ偏光からＳ偏光に回転させて変換するためのものである。図２は、波長選択性偏光素子１０の前提的構成例を示す概略正面図である。この波長選択性偏光素子１０は、ホイール形状に形成されて回転中心Ｏ周りに回転駆動されるもので、例えば、回転中心Ｏを対称軸として放射状に均等に４分割された扇形状の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを交互に有する。偏光変換領域Ｇ−ＣＳは、照明光に含まれる３原色ＲＧＢ中の緑色光Ｇの偏光面を９０度回転させることで偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光Ｒや青色光Ｂは偏光変換されずにＰ偏光のまま透過させる領域である。偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、照明光に含まれる３原色ＲＧＢ中の青色光Ｂの偏光面を９０度回転させることで偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光Ｒや緑色光Ｇは偏光変換されずにＰ偏光のまま透過させる領域である。よって、これら偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを照明光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子１０を回転させることにより、緑色光Ｇと青色光Ｂとの偏光状態が時分割的に交互にＰ偏光からＳ偏光に変換され、赤色光ＲはＰ偏光のまま、全反射型プリズム４側に出射される。本実施の形態の波長選択性偏光素子１０の詳細については後述する。
【００２４】
ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢは、特開２００７−２５２８７号公報等に示されるように、μｍサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御（オンオフ制御）を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、３原色ＲＧＢのうちの１色である赤色光Ｒ用のＤＭＤ素子６Ｒと、残りの２色である緑色光Ｇと青色光Ｂとの２色分を波長選択性偏光素子１０に従い時分割で共用するＤＭＤ素子６ＧＢとを備える２板型として構成されている。
【００２５】
全反射型プリズム４は、波長選択性偏光素子１０を経た照明光を全反射させ、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢで変調されて投影レンズ８側に向かう投影光が透過する全反射面４ａを有する照明光／投影光分離用の光学素子である。また、ダイクロイックプリズム５は、赤色光Ｒを反射させ緑色光Ｇおよび青色光Ｂを透過させるダイクロイック膜５ａを有する色分離／合成用の光学素子である。すなわち、ダイクロイックプリズム５は、入射する赤色光Ｒと緑色光Ｇまたは青色光Ｂとをダイクロイック膜５ａで色分離してそれぞれＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢに入射させ、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢで変調された投影光としての赤色光Ｒと緑色光Ｇまたは青色光Ｂとをダイクロイック膜５ａで色合成して投影レンズ８側に出射させる。
【００２６】
偏光板７は、投影光中に含まれるＰ偏光成分のみを透過させ、投影光中に含まれる不要なＳ偏光成分を透過させないためのものである。例えば、光束が波長選択性偏光素子１０の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ通過時であれば、Ｐ偏光のままの青色光Ｂは透過させ、Ｓ偏光に変換された緑色光Ｇは透過させない。また、光束が波長選択性偏光素子１０の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ通過時であれば、Ｐ偏光のままの緑色光Ｇは透過させ、Ｓ偏光に変換された青色光Ｂは透過させない。
【００２７】
投影レンズ８は、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢによって変調された色光としてダイクロイックプリズム５、全反射型プリズム４、偏光板７を経て入射される投影光を図示しないスクリーン等に向けて投影させるためのものである。投影レンズ８に対する投影光としては、波長選択性偏光素子１０による時分割駆動に従い、赤色光Ｒと緑色光Ｇ、または赤色光Ｒと青色光Ｂとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【００２８】
次に、波長選択性偏光素子１０の構成について詳細に説明する。まず、波長選択性偏光素子１０に入射する照明光は、大きさを無視できる点ではなく、ある程度の大きさを有する光束である。そこで、波長選択性偏光素子１０に入射する照明光の光束Ｌが回転中心Ｏとなす角度を、図２中に示すようにθとする。角度θは、一例としてθ＝±８．６°であるとする。
【００２９】
ここで、単純に分割角度９０°ずつ４分割された４つの偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを有する波長選択性偏光素子１０´の場合を例に採り、その問題点について図１２を参照して説明する。ここでは、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。偏光変換領域Ｂ−ＣＳ中の両矢印←→は、回転中心Ｏを対称軸として放射状に（半径方向に）設定された偏光変換基準軸の方向を示している。偏光変換基準軸方向とは、注目波長光（注目色光）の偏光面を最も効率よく９０°回転させることができる軸方向を意味する。図示例では、偏光変換領域Ｂ−ＣＳの偏光変換基準軸方向は、領域中心に設定されている。また、波長選択性偏光素子１０´外の両矢印←→は、照明光Ｌの偏光方向（Ｐ偏光の偏光方向を示している。
【００３０】
図１２（ａ）は、緑色Ｇの映像表示開始時（青色光ＢのみＳ偏光に変換）の波長選択性偏光素子１０´と照明光の光束Ｌとの位置関係を示す正面図である。すなわち、波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内に完全に入り込んだ状態を示している。偏光変換領域Ｂ−ＣＳのうち、この状態よりも回転が戻る側の部分は、照明光の光束Ｌが回転が戻る側の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに跨ってしまうので、この跨っている期間は混色防止のためにブランキング期間とされる。よって、図１２（ａ）の場合の照明光Ｌの偏光方向に対する偏光変換領域Ｂ−ＣＳの偏光変換基準軸方向のずれ量は、-４５°＋θ＝−３６．４°となる。
【００３１】
図１２（ｂ）は、緑色Ｇの映像表示終了時（青色光ＢのみＳ偏光に変換）の波長選択性偏光素子１０´と照明光の光束Ｌとの位置関係を示す正面図である。すなわち、波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内から抜け出し始める直前の状態を示している。偏光変換領域Ｂ−ＣＳのうち、この状態よりもさらに回転が進む側の部分は、照明光の光束Ｌが回転がさらに進む側の偏光変換領域Ｂ−ＣＳに跨ってしまうので、この跨っている期間は混色防止のためにブランキング期間とされる。よって、図１２（ｂ）の場合の照明光Ｌの偏光方向に対する偏光変換領域Ｇ−ＣＳの偏光変換基準軸方向のずれ量は、４５°−θ＝３６．４°となる。
【００３２】
よって、偏光変換領域Ｂ−ＣＳに入射する照明光Ｌの偏光方向と偏光変換基準軸方向との関係が波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い、最大で±３６．４°と大きくずれてしまうものである。そして、その変化に伴い、偏光を回転させる波長域がずれる、偏光変換の効率が劣化する等、偏光変換領域Ｂ−ＣＳに要求される特性が劣化してしまう。波長選択性偏光素子１０´の他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳについても同様である。
【００３３】
これに対して、本実施の形態１の波長選択性偏光素子１０は、図３に示すように、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳのそれぞれを、回転中心Ｏを対称軸として放射状に３０°ずつ均等に扇形状に３分割しそれぞれが同一の変換特性を持つ複数の細分割領域により構成してなる。ここで、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明すると、回転が戻る側から順に、第１細分割領域Ｅ１、第２細分割領域Ｅ２、第３細分割領域Ｅ３に細分割されている。これら細分割領域Ｅ１〜Ｅ３は、いずれも青色光ＢのＰ偏光をＳ偏光に変換させる同一の変換特性を有する。また、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の偏光変換基準軸方向は、それぞれ回転中心Ｏを対称軸として各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の中央位置に放射状に設定されている。
【００３４】
すなわち、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の各偏光変換基準軸方向に対し図３にα，βで示した部分の角度を順に、α１，β１，α２，β２，α３，β３とし、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の分割角度を順にγ１，γ２，γ３とした場合、
α１＝β１＝α２＝β２＝α３＝β３＝１５°
γ１（＝α１＋β１）＝γ２（＝α２＋β２）＝γ３（＝α３＋β３）＝３０°
の如く設定されている。残りの３つの偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳについても同様である。
【００３５】
このような構成の波長選択性偏光素子１０の回転に伴う照明光の光束Ｌの偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれについて、図４を参照して考察する。まず、図４（ａ）は、波長選択性偏光素子１０の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第１細分割領域Ｅ１に完全に入り込んだ状態（緑色Ｇの映像表示開始および第１細分割領域開始状態）を示している。この場合の光束の偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−６．４°となる。
【００３６】
図４（ｂ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第２細分割領域Ｅ２に入り込み始めた状態を示している。この状態では、光束は、第１細分割領域Ｅ１内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第２細分割領域開始状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−２３．６°となる。
【００３７】
図４（ｃ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第１細分割領域Ｅ１から抜け出す状態を示している。この状態では、光束は、第２細分割領域Ｅ２内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第１細分割領域終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β１＋θ＝２３．６°となる。
【００３８】
図４（ｄ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第３細分割領域Ｅ３に入り込み始めた状態を示している。この状態では、光束は、第２細分割領域Ｅ２内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第３細分割領域開始状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−２３．６°となる。
【００３９】
図４（ｅ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第２細分割領域Ｅ２から抜け出す状態を示している。この状態では、光束は、第３細分割領域Ｅ３内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第２細分割領域終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β２＋θ＝２３．６°となる。
【００４０】
さらに、図４（ｆ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳから回転が進む側の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに入り込み始める直前の状態を示している。この状態が、第３細分割領域Ｅ３の有効範囲の限界位置であり、第３細分割領域終了および緑色Ｇの映像終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β３−θ＝６．４°となる。
【００４１】
したがって、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、図４（ａ），（ｃ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−６．４°〜β１＋θ＝２３．６°となる。同様に、第２細分割領域Ｅ２に注目すると、図４（ｂ），（ｅ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−２３．６°〜β２＋θ＝２３．６°となる。さらに、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、図４（ｄ），（ｆ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−２３．６°〜β３−θ＝６．４となる。よって、最大ずれ量は、±２３．６°であり、図１２に示した単純分割の波長選択性偏光素子１０´の場合の最大ずれ量±３６．４°より低減したものとなる。
【００４２】
このように、本実施の形態１の波長選択性偏光素子１０によれば、色光別の各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３により構成しているので、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内に放射状の複数の偏光変換基準軸を持たせることができる。よって、ホイール形状の波長選択性偏光素子１０の回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳにおける偏光変換基準軸方向のずれ量を１本の偏光変換基準軸の場合に比して低減させ、色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳの特性劣化を軽減させることができる。また、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内を同一の変換特性を有する複数の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に細分割しているので、異色領域間の境界が増えることがなく、ブランキング期間の増加による効率低下を抑制することもできる。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２の波長選択性偏光素子１１の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態２は、原理的構成例を示す実施の形態１を改良したものである。ここでも、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは同一構造からなるため、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。
【００４４】
細分割された偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、異なる色光用の他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに隣接する端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３と、同一の色光用の第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に挟まれた中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２とからなる。ここで、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３をみると、図４（ａ）や図４（ｆ）に示すように、他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに隣接する側（角度α１の領域側、角度β３の領域側）は、混色防止のブランキング期間等のために有効範囲が照明光の光束Ｌの大きさ分（角度θ分）だけ内側位置に規制されるのに対して、反対の領域側（角度β１の領域側、角度α３の領域側）は、同一色用の細分割領域Ｅ２が存在し有効範囲が規制されず入射する光束が当該領域から完全に抜け出すまで有効利用されるものであり、全体的に光束の大きさ分（角度θ分）だけ偏りがある。この結果、実施の形態１のように、偏光変換基準軸方向を領域中央に設定した場合には、光束の偏光方向のずれ量は、一方が２３．６°であるのに対して他方が６．４°であり、偏りの大きなものとなる。
【００４５】
そこで、本実施の形態２では、各細分割領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３内における入射光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量の偏りを小さくするため、左右均等化させたものである。まず、第１細分割領域Ｅ１に関しては、α１＋β１＝３０°、θ＝８．６°の条件の下に、α１−θ＝β１＋θを満たすように、α１＝２３．６°、β１＝６．４°に設定されている。これにより、第１細分割領域Ｅ１用の偏光変換基準軸方向は、第１細分割領域Ｅ１の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに角度θ分偏心させた位置に設定されている。
【００４６】
同様に、第３細分割領域Ｅ３に関しては、α３＋β３＝３０°、θ＝８．６°の条件の下に、β３−θ＝α３＋θを満たすように、β３＝２３．６°、α３＝６．４°に設定されている。これにより、第３細分割領域Ｅ３用の偏光変換基準軸方向は、第３細分割領域Ｅ３の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに角度θ分偏心させた位置に設定されている。
【００４７】
なお、第２細分割領域Ｅ２に関しては、実施の形態１で、入射光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量が元々左右均等であるため、実施の形態のままとした（α２＝β２＝１５°）。
【００４８】
本実施の形態２の場合、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−１５°〜β１＋θ＝１５°となる。同様に、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−１５°〜β３−θ＝１５°となる。よって、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に関しては、その有効部分に対して実質的な中央位置に偏光変換基準軸方向が設定されていることになる。この結果、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に関しては、最大ずれ量を、実施の形態１の場合よりも小さな±１５°に低減させることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３の波長選択性偏光素子１２の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態３は、改良構成例を示す実施の形態２についてさらに最適化されるよう改良したものである。ここでも、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは同一構造からなるため、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。
【００５０】
実施の形態２の場合、中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２に関しては、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、実施の形態１のままであり、±２３．６°のままである。そこで、本実施の形態３では、同一の偏光変換領域Ｂ−ＣＳに属する細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の全てについての最大ずれ量を小さくするため、細分割領域Ｅ１〜Ｅ３間のずれ量を均等化させるようにしたものである。細分割領域Ｅ１〜Ｅ３間のずれ量を均等化させるためには、
α１＝β３
α３＝β１≒α２＝β２
とすればよい。そこで、θ＝８．６°の条件の下に、β１＝α２と仮定して
α１−θ＝β１＋θ → α１−β１＝２θ
４β１＋２α１＝９０°
を満たすように、α１＝β３＝２６．５°、β１＝α３＝９．３°、α２＝β２＝９．２°、γ１＝γ３＝３５．８°、γ２＝１８．４°に設定されている。
【００５１】
これにより、偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３の分割角度γ１，γ３が中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２の分割角度γ２よりも大きくなるように不均等に細分割されている。また、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３用の偏光変換基準軸方向は、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに偏心させた位置に設定されている。
【００５２】
本実施の形態３の場合、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−２６．５°＋８．６°＝−１７．９°、β１＋θ＝９．３°＋８．６°＝１７．９°となる。同様に、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−９．３°−８．６°＝−１７．９°、β３−θ＝２６．５°−８．６°＝１７．９°となる。さらに、第２細分割領域Ｅ２に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−９．２°−８．６°＝−１７．８°、β２＋θ＝９．２＋８．６°＝１７．８°となる。よって、第１〜第３細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に関して、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する各細分割領域の偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、±１７．９°程度に均等に低減させることができる。
【００５３】
（変形例１）
図７は、実施の形態３の変形例として波長選択性偏光素子１３の構成例を示す概略正面図である。この変形例の偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内を実施の形態３に準じて最適に４分割した第１〜第４細分割領域Ｅ１〜Ｅ４からなる。
【００５４】
図７において、細分割領域Ｅ１〜Ｅ４間のずれ量を均等化させるためには、
α１＝β４
α４＝β１≒α２＝β２＝α３＝β３
とすればよい。そこで、θ＝８．６°の条件の下に、β１＝α２と仮定して
α１−θ＝β１＋θ → α１−β１＝２θ
６β１＋２α１＝９０°
を満たすように、α１＝β４＝２４．２°、β１＝α４＝７°、α２＝β２＝α３＝β３＝６．９°、γ１＝γ４＝３１．２°、γ２＝γ３＝１３．８°に設定されている。これによれば第１〜第４細分割領域Ｅ１〜Ｅ４に関して、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する各細分割領域の偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、±１５．６°程度に均等に低減させることができる。
【００５５】
（変形例２）
図８は、変形例２を説明するための説明図である。前述の実施の形態１〜３および変形例１では、説明を簡単にするため、偏光変換基準軸方向に対する照明光の光束Ｌの偏光方向が、図８（ａ）に示すようにマイナス方向（回転が進む方向側）にずれても、図８（ｂ）に示すようにプラス方向（回転が戻る方向側）にずれても、偏光変換特性の変化は均等であるという前提で説明したものである。ところが、波長選択性偏光素子の中には、偏光変換基準軸方向に対する照明光の光束Ｌの偏光方向のずれがマイナス方向であるかプラス方向であるかによって偏光変換特性の変化の仕方が異なることがある。例えば、図８（ａ）に示すようにマイナス方向にずれた場合の方が、図８（ｂ）に示すようにプラス方向にずれた場合よりも、偏光変換特性の劣化が大きいことがある。
【００５６】
このような場合には、例えば図６で説明した構成において、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に関して、マイナス方向側部分の角度α１〜α３をΔ分だけ小さめに修正する一方、プラス方向側部分の角度β１〜β３をΔ分だけ大きめに修正し、偏光変換特性の実質的な劣化量が偏光変換基準軸方向の左右で均等化されるようにすればよい。
【００５７】
（変形例３）
上述の説明では、本発明の波長選択性偏光素子を用いる投影型表示装置として、図１に示したようにＤＭＤ素子を利用した多板型（２板型）の投影型表示装置への適用例で説明したが、このような投影型表示装置に限らず、３原色ＲＧＢ分を順次１色ずつ偏光変換して１個の空間光偏光器に入射させるタイプの単板型の投影型表示装置であってもよい。また、投影型表示装置に用いる空間光変調器としても、ＤＭＤ素子に限らず、反射型あるいは透過型の液晶ライトバルブ等であってもよい。さらに、全反射型プリズム４やダイクロイックプリズム５による照明光／投影光分離、色分離／合成の機能部分は、各種変形構成が可能である。
【００５８】
（変形例４）
また、波長選択性偏光素子に関しても、種々の変形構成が可能である。偏光変換領域や細分割領域の数、偏光変換する色光の種類、並びに各種角度例は、上述した例に限定されるものではない。例えば、図９−１は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１４の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１４は、２分割構成の半円状の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを有するタイプ例を示し、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。この場合、細分割領域の分割数を６〜８個程度、あるいはそれ以上に増やすのがよい。
【００５９】
図９−２は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１５の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１５は、基本的に２分割構成の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳの境界部分に分割角の小さめな波長変換領域Ｃ−ＣＳを付加したものである。この波長変換領域Ｃ−ＣＳは、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する領域である。各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。波長変換領域Ｃ−ＣＳを加えることで、明るさを向上させることができる。図９−２に示す波長選択性偏光素子１５を図１に示す投影型表示装置１に適用すると、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）がＳ偏光になるので、赤色光Ｒのみがスクリーンに達する。
【００６０】
図９−３は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１５ａの例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１５ａは、波長選択性偏光素子１５の波長変換領域Ｃ−ＣＳに代えて透明領域を持たせたものである。図９−３に示す波長選択性偏光素子１５ａを図１に示す投影型表示装置１に適用すると、ホワイト光（赤色光Ｒ＋緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）がスクリーンに達するので、明るくなる。
【００６１】
図９−４は、単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１６の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１６は、３分割構成の扇形状の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳを有し、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。
【００６２】
図９−５は、単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１７の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１７は、波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳに加えて、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する波長変換領域Ｃ−ＣＳを備える４分割構成のもので、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。波長変換領域Ｃ−ＣＳを加えることで、明るさを向上させることができる。
【００６３】
なお、図９−６に示すように、波長選択性偏光素子１７の波長変換領域Ｃ−ＣＳに代えて、透明領域を持たせた波長選択性偏光素子１７ａを用いるようにしてもよい。
【００６４】
（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態４の波長選択性偏光素子１８の構成例を示す概略正面図である。上述の各実施の形態では、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域により構成した場合について説明した。本実施の形態４では、例えば１つ偏光変換領域のＢ−ＣＳ中の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の各偏光変換基準軸方向（領域中に両矢印で示す）と、波長選択性偏光素子１８外に両矢印で示す光束偏光方向とが所定の角度εをなすように構成したものである。つまり、細分割領域Ｅ１〜Ｅ３は、それぞれの偏光変換基準軸方向が回転中心を向いていないが、同一の変換特性を持つ部材により構成されている。
【００６５】
本実施の形態４によれば、波長選択性偏光素子１８を出る光の偏光方向を、角度εと角度ε＋９０°で制御することができる。
【００６６】
（実施の形態５）
図１１は、本実施の形態５の波長選択性偏光素子１９の構成例を示す概略正面図である。基本的には、実施の形態４（図１０）に準ずるものであるが、照明光の偏光方向を細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の偏光変換基準軸方向に揃えるように設定したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１の波長選択性偏光素子を備える投影型表示装置を示す原理的構成図である。
【図２】波長選択性偏光素子の前提的構成例を示す概略正面図である。
【図３】実施の形態１の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図４】波長選択性偏光素子の回転に伴う照明光の光束の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を順に説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図６】本発明の実施の形態３の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図７】変形例１の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図８】変形例２を説明するための説明図である。
【図９−１】変形例４の２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−２】変形例４の２板型の投影型表示装置に適用される別の波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−３】図９−２の変形例を示す正面図である。
【図９−４】変形例４の単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−５】変形例４の単板型の投影型表示装置に適用される別の波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−６】図９−５の変形例を示す正面図である。
【図１０】実施の形態４の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図１１】実施の形態５の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図１２】従来の単純分割構成の波長選択性偏光素子の場合のずれ量を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
６Ｒ，６ＧＢ ＤＭＤ素子
８ 投影レンズ
１０〜１７ 波長選択性偏光素子
Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ 偏光変換領域
Ｅ１〜Ｅ４ 細分割領域
Ｏ 回転中心
γ１〜γ４ 分割角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換するホイール形状の波長選択性偏光素子およびこの波長選択性偏光素子を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラーリンク社のカラーセレクト（登録商標；以下省略）と称される部材がある。このカラーセレクトは、積層した位相差板によって構成される波長選択性偏光素子であり、入射光の偏光方向を波長選択的に例えばＰ偏光からＳ偏光に回転させて出力することができる。このような波長選択性偏光素子は、例えば特許文献１等に示されるように、投影型表示装置の照明光に対して適用することで、特定波長の色光の偏光方向のみを変換させてダイクロイックプリズム等に入射させ、色分離合成に供することができる。
【０００３】
ここで、このようなカラーセレクトには、色光別の複数の偏光変換領域が、扇形状となるように、回転中心を対称軸として放射状に２〜４分割させて形成されたホイール形状のものがある。そして、回転により光軸上に位置する偏光変換領域を順次切り換えるものである。例えば、３原色ＲＧＢのＰ偏光を入射させる場合において、或る偏光変換領域が光軸上に位置すると、青色光ＢのみＳ偏光に変換し赤色光Ｒや緑色光ＧはＰ偏光のまま透過させ、また、別の偏光変換領域が光軸上に位置すると、緑色光ＧのみＳ偏光に変換し赤色光Ｒや青色光ＢはＰ偏光のまま透過させる如く構成される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、扇形状の各偏光変換領域は、回転中心と領域中心とを結ぶ半径方向に偏光変換基準軸方向（注目波長光の偏光面を最も効率よく９０度回転させ得る軸方向）が設定されている。よって、偏光変換領域に入射する照明光の偏光方向と偏光変換基準軸方向との関係がホイール回転に伴い大きく変化すると、その変化に伴い、偏光を回転させる波長域がずれる、偏光変換の効率が劣化する等、偏光変換領域に要求される特性が劣化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ホイール回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域における偏光変換基準軸方向のずれ量を低減させ、色光別の偏光変換領域の特性劣化を軽減させることができる波長選択性偏光素子およびこの波長選択性偏光素子を用いた投影型表示装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割され、該細分割領域は、同一の変換特性を持つ部材からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなり、前記各細分割領域の偏光変換基準軸方向がそれぞれ前記回転中心を対称軸として放射状に設定されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域内の回転方向両端に位置する端部細分割領域の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置に設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域は、前記端部細分割領域の分割角度がこれら端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記端部細分割領域における偏光変換基準軸よりも前記中間細分割領域側部分の角度と、前記中間細分割領域における偏光変換基準軸に対する両側部分の角度とが、ほぼ等しいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記各偏光変換領域内の回転方向両端の端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の偏光変換基準軸は、該中間細分割領域のほぼ中心位置に設定されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記偏光変換領域は、第１の色光に対応する第１の領域とこの第１の色光とは異なる第２の色光に対応する領域であって前記第１の色光に対応する前記第１の領域の有する偏光変換特性とは異なる偏光変換特性を有する第２の領域が回転方向に交互に隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる波長選択性偏光素子は、上記発明において、前記第１の領域と前記第２の領域は、回転中心に対して同じ角度範囲であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、照明光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する上記発明の波長選択性偏光素子と、該波長選択性偏光素子を透過した特定の偏光方向の特定の色光による照明光を該色光に対応する色信号に基づき変調する空間光変調器と、該空間光変調器で変調された投影光が入射される投影レンズと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる波長選択性偏光素子および投影型表示装置は、色光別の各偏光変換領域を、回転中心を対称軸として放射状に細分割し、該細分割領域を、同一の変換特性を持つ部材により構成し、または、色光別の各偏光変換領域を、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域により構成しているので、各偏光変換領域内に放射状の複数の偏光変換基準軸を持たせることができ、よって、ホイール形状の当該波長選択性偏光素子の回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域における偏光変換基準軸方向のずれ量を１本の偏光変換基準軸の場合に比して低減させ、色光別の偏光変換領域の特性劣化を軽減させることができるという効果を奏する。また、波長選択性偏光素子に入射する光は、点ではなく、ある程度の大きさを有する光束であるが、各偏光変換領域内を同一の変換特性を有する複数の細分割領域に細分割しているので、異色領域間の境界が増えることがなく、ブランキング期間の増加による効率低下を抑制できるという効果を奏する。
【００１７】
特に、偏光変換領域内で端部に位置して異なる色光用の他の偏光変換領域に隣接する端部細分割領域に関しては、他の偏光変換領域に隣接する側は混色防止のブランキング期間等のために有効範囲が光束の大きさ分だけ内側位置に規制されるのに対して、反対側は同一色用の細分割領域が存在し有効範囲が規制されず入射する光束が当該領域から完全に抜け出すまで有効利用される偏りに着目し、偏光変換基準軸方向を当該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置とすることで、当該端部細分割領域の有効部分に対して実質的な中央位置に設定し、領域両側についてずれ量を均等化させることで、当該端部細分割領域に入射する光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を低減させることができるという効果を奏する。
【００１８】
さらには、偏光変換領域内で端部細分割領域間に位置する中間細分割領域に関しては、両側に同一色用の細分割領域が存在し有効範囲が規制されず、入射する光束が当該領域の両側から完全に抜け出すまで有効利用され、端部細分割領域の場合よりも実質的に有効範囲が広い点に着目し、端部細分割領域の分割角度が中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割することで、端部細分割領域および中間細分割領域に入射する光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を均等化させて低減させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態である波長選択性偏光素子および投影型表示装置について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の波長選択性偏光素子を備える投影型表示装置を示す原理的構成図である。本実施の形態の投影型表示装置１は、空間光変調器としてＤＭＤ素子（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の２板型の投影型表示装置への適用例を示す。
【００２１】
本実施の形態の投影型表示装置１は、概略的には、光源２を含む照明光学系３、波長選択性偏光素子１０、全反射型プリズム４、ダイクロイックプリズム５、２つのＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢ、偏光板７および投影レンズ８を備える。
【００２２】
光源２は、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。照明光学系３は、光源２から出力される照明光の偏光状態を例えばＰ偏光に揃える偏光変換素子等により構成されている。
【００２３】
波長選択性偏光素子１０は、光源２から出射された白色光（照明光）の偏光方向を波長選択的にＰ偏光からＳ偏光に回転させて変換するためのものである。図２は、波長選択性偏光素子１０の前提的構成例を示す概略正面図である。この波長選択性偏光素子１０は、ホイール形状に形成されて回転中心Ｏ周りに回転駆動されるもので、例えば、回転中心Ｏを対称軸として放射状に均等に４分割された扇形状の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを交互に有する。偏光変換領域Ｇ−ＣＳは、照明光に含まれる３原色ＲＧＢ中の緑色光Ｇの偏光面を９０度回転させることで偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光Ｒや青色光Ｂは偏光変換されずにＰ偏光のまま透過させる領域である。偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、照明光に含まれる３原色ＲＧＢ中の青色光Ｂの偏光面を９０度回転させることで偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光Ｒや緑色光Ｇは偏光変換されずにＰ偏光のまま透過させる領域である。よって、これら偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを照明光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子１０を回転させることにより、緑色光Ｇと青色光Ｂとの偏光状態が時分割的に交互にＰ偏光からＳ偏光に変換され、赤色光ＲはＰ偏光のまま、全反射型プリズム４側に出射される。本実施の形態の波長選択性偏光素子１０の詳細については後述する。
【００２４】
ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢは、特開２００７−２５２８７号公報等に示されるように、μｍサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御（オンオフ制御）を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、３原色ＲＧＢのうちの１色である赤色光Ｒ用のＤＭＤ素子６Ｒと、残りの２色である緑色光Ｇと青色光Ｂとの２色分を波長選択性偏光素子１０に従い時分割で共用するＤＭＤ素子６ＧＢとを備える２板型として構成されている。
【００２５】
全反射型プリズム４は、波長選択性偏光素子１０を経た照明光を全反射させ、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢで変調されて投影レンズ８側に向かう投影光が透過する全反射面４ａを有する照明光／投影光分離用の光学素子である。また、ダイクロイックプリズム５は、赤色光Ｒを反射させ緑色光Ｇおよび青色光Ｂを透過させるダイクロイック膜５ａを有する色分離／合成用の光学素子である。すなわち、ダイクロイックプリズム５は、入射する赤色光Ｒと緑色光Ｇまたは青色光Ｂとをダイクロイック膜５ａで色分離してそれぞれＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢに入射させ、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢで変調された投影光としての赤色光Ｒと緑色光Ｇまたは青色光Ｂとをダイクロイック膜５ａで色合成して投影レンズ８側に出射させる。
【００２６】
偏光板７は、投影光中に含まれるＰ偏光成分のみを透過させ、投影光中に含まれる不要なＳ偏光成分を透過させないためのものである。例えば、光束が波長選択性偏光素子１０の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ通過時であれば、Ｐ偏光のままの青色光Ｂは透過させ、Ｓ偏光に変換された緑色光Ｇは透過させない。また、光束が波長選択性偏光素子１０の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ通過時であれば、Ｐ偏光のままの緑色光Ｇは透過させ、Ｓ偏光に変換された青色光Ｂは透過させない。
【００２７】
投影レンズ８は、ＤＭＤ素子６Ｒ，６ＧＢによって変調された色光としてダイクロイックプリズム５、全反射型プリズム４、偏光板７を経て入射される投影光を図示しないスクリーン等に向けて投影させるためのものである。投影レンズ８に対する投影光としては、波長選択性偏光素子１０による時分割駆動に従い、赤色光Ｒと緑色光Ｇ、または赤色光Ｒと青色光Ｂとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【００２８】
次に、波長選択性偏光素子１０の構成について詳細に説明する。まず、波長選択性偏光素子１０に入射する照明光は、大きさを無視できる点ではなく、ある程度の大きさを有する光束である。そこで、波長選択性偏光素子１０に入射する照明光の光束Ｌが回転中心Ｏとなす角度を、図２中に示すようにθとする。角度θは、一例としてθ＝±８．６°であるとする。
【００２９】
ここで、単純に分割角度９０°ずつ４分割された４つの偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを有する波長選択性偏光素子１０´の場合を例に採り、その問題点について図１２を参照して説明する。ここでは、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。偏光変換領域Ｂ−ＣＳ中の両矢印←→は、回転中心Ｏを対称軸として放射状に（半径方向に）設定された偏光変換基準軸の方向を示している。偏光変換基準軸方向とは、注目波長光（注目色光）の偏光面を最も効率よく９０°回転させることができる軸方向を意味する。図示例では、偏光変換領域Ｂ−ＣＳの偏光変換基準軸方向は、領域中心に設定されている。また、波長選択性偏光素子１０´外の両矢印←→は、照明光Ｌの偏光方向（Ｐ偏光の偏光方向を示している。
【００３０】
図１２（ａ）は、緑色Ｇの映像表示開始時（青色光ＢのみＳ偏光に変換）の波長選択性偏光素子１０´と照明光の光束Ｌとの位置関係を示す正面図である。すなわち、波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内に完全に入り込んだ状態を示している。偏光変換領域Ｂ−ＣＳのうち、この状態よりも回転が戻る側の部分は、照明光の光束Ｌが回転が戻る側の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに跨ってしまうので、この跨っている期間は混色防止のためにブランキング期間とされる。よって、図１２（ａ）の場合の照明光Ｌの偏光方向に対する偏光変換領域Ｂ−ＣＳの偏光変換基準軸方向のずれ量は、-４５°＋θ＝−３６．４°となる。
【００３１】
図１２（ｂ）は、緑色Ｇの映像表示終了時（青色光ＢのみＳ偏光に変換）の波長選択性偏光素子１０´と照明光の光束Ｌとの位置関係を示す正面図である。すなわち、波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内から抜け出し始める直前の状態を示している。偏光変換領域Ｂ−ＣＳのうち、この状態よりもさらに回転が進む側の部分は、照明光の光束Ｌが回転がさらに進む側の偏光変換領域Ｂ−ＣＳに跨ってしまうので、この跨っている期間は混色防止のためにブランキング期間とされる。よって、図１２（ｂ）の場合の照明光Ｌの偏光方向に対する偏光変換領域Ｇ−ＣＳの偏光変換基準軸方向のずれ量は、４５°−θ＝３６．４°となる。
【００３２】
よって、偏光変換領域Ｂ−ＣＳに入射する照明光Ｌの偏光方向と偏光変換基準軸方向との関係が波長選択性偏光素子１０´の回転に伴い、最大で±３６．４°と大きくずれてしまうものである。そして、その変化に伴い、偏光を回転させる波長域がずれる、偏光変換の効率が劣化する等、偏光変換領域Ｂ−ＣＳに要求される特性が劣化してしまう。波長選択性偏光素子１０´の他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳについても同様である。
【００３３】
これに対して、本実施の形態１の波長選択性偏光素子１０は、図３に示すように、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳのそれぞれを、回転中心Ｏを対称軸として放射状に３０°ずつ均等に扇形状に３分割しそれぞれが同一の変換特性を持つ複数の細分割領域により構成してなる。ここで、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明すると、回転が戻る側から順に、第１細分割領域Ｅ１、第２細分割領域Ｅ２、第３細分割領域Ｅ３に細分割されている。これら細分割領域Ｅ１〜Ｅ３は、いずれも青色光ＢのＰ偏光をＳ偏光に変換させる同一の変換特性を有する。また、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の偏光変換基準軸方向は、それぞれ回転中心Ｏを対称軸として各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の中央位置に放射状に設定されている。
【００３４】
すなわち、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の各偏光変換基準軸方向に対し図３にα，βで示した部分の角度を順に、α１，β１，α２，β２，α３，β３とし、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の分割角度を順にγ１，γ２，γ３とした場合、
α１＝β１＝α２＝β２＝α３＝β３＝１５°
γ１（＝α１＋β１）＝γ２（＝α２＋β２）＝γ３（＝α３＋β３）＝３０°
の如く設定されている。残りの３つの偏光変換領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳについても同様である。
【００３５】
このような構成の波長選択性偏光素子１０の回転に伴う照明光の光束Ｌの偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれについて、図４を参照して考察する。まず、図４（ａ）は、波長選択性偏光素子１０の回転に伴い照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第１細分割領域Ｅ１に完全に入り込んだ状態（緑色Ｇの映像表示開始および第１細分割領域開始状態）を示している。この場合の光束の偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−６．４°となる。
【００３６】
図４（ｂ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第２細分割領域Ｅ２に入り込み始めた状態を示している。この状態では、光束は、第１細分割領域Ｅ１内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第２細分割領域開始状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−２３．６°となる。
【００３７】
図４（ｃ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第１細分割領域Ｅ１から抜け出す状態を示している。この状態では、光束は、第２細分割領域Ｅ２内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第１細分割領域終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β１＋θ＝２３．６°となる。
【００３８】
図４（ｄ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第３細分割領域Ｅ３に入り込み始めた状態を示している。この状態では、光束は、第２細分割領域Ｅ２内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第３細分割領域開始状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−２３．６°となる。
【００３９】
図４（ｅ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内の第２細分割領域Ｅ２から抜け出す状態を示している。この状態では、光束は、第３細分割領域Ｅ３内に存在するが、同一色用の偏光特性を有し、混色の問題は生じないため、第２細分割領域終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β２＋θ＝２３．６°となる。
【００４０】
さらに、図４（ｆ）は、その後、波長選択性偏光素子１０の回転が進み、照明光の光束Ｌが偏光変換領域Ｂ−ＣＳから回転が進む側の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに入り込み始める直前の状態を示している。この状態が、第３細分割領域Ｅ３の有効範囲の限界位置であり、第３細分割領域終了および緑色Ｇの映像終了状態を示すものとなる。この場合の光束の偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、β３−θ＝６．４°となる。
【００４１】
したがって、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、図４（ａ），（ｃ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−６．４°〜β１＋θ＝２３．６°となる。同様に、第２細分割領域Ｅ２に注目すると、図４（ｂ），（ｅ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−２３．６°〜β２＋θ＝２３．６°となる。さらに、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、図４（ｄ），（ｆ）から、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−２３．６°〜β３−θ＝６．４となる。よって、最大ずれ量は、±２３．６°であり、図１２に示した単純分割の波長選択性偏光素子１０´の場合の最大ずれ量±３６．４°より低減したものとなる。
【００４２】
このように、本実施の形態１の波長選択性偏光素子１０によれば、色光別の各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３により構成しているので、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内に放射状の複数の偏光変換基準軸を持たせることができる。よって、ホイール形状の波長選択性偏光素子１０の回転に伴う、入射する光の偏光方向に対する色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳにおける偏光変換基準軸方向のずれ量を１本の偏光変換基準軸の場合に比して低減させ、色光別の偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳの特性劣化を軽減させることができる。また、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内を同一の変換特性を有する複数の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に細分割しているので、異色領域間の境界が増えることがなく、ブランキング期間の増加による効率低下を抑制することもできる。
【００４３】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態２の波長選択性偏光素子１１の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態２は、原理的構成例を示す実施の形態１を改良したものである。ここでも、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは同一構造からなるため、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。
【００４４】
細分割された偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、異なる色光用の他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに隣接する端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３と、同一の色光用の第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に挟まれた中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２とからなる。ここで、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３をみると、図４（ａ）や図４（ｆ）に示すように、他の偏光変換領域Ｇ−ＣＳに隣接する側（角度α１の領域側、角度β３の領域側）は、混色防止のブランキング期間等のために有効範囲が照明光の光束Ｌの大きさ分（角度θ分）だけ内側位置に規制されるのに対して、反対の領域側（角度β１の領域側、角度α３の領域側）は、同一色用の細分割領域Ｅ２が存在し有効範囲が規制されず入射する光束が当該領域から完全に抜け出すまで有効利用されるものであり、全体的に光束の大きさ分（角度θ分）だけ偏りがある。この結果、実施の形態１のように、偏光変換基準軸方向を領域中央に設定した場合には、光束の偏光方向のずれ量は、一方が２３．６°であるのに対して他方が６．４°であり、偏りの大きなものとなる。
【００４５】
そこで、本実施の形態２では、各細分割領域Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３内における入射光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量の偏りを小さくするため、左右均等化させたものである。まず、第１細分割領域Ｅ１に関しては、α１＋β１＝３０°、θ＝８．６°の条件の下に、α１−θ＝β１＋θを満たすように、α１＝２３．６°、β１＝６．４°に設定されている。これにより、第１細分割領域Ｅ１用の偏光変換基準軸方向は、第１細分割領域Ｅ１の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに角度θ分偏心させた位置に設定されている。
【００４６】
同様に、第３細分割領域Ｅ３に関しては、α３＋β３＝３０°、θ＝８．６°の条件の下に、β３−θ＝α３＋θを満たすように、β３＝２３．６°、α３＝６．４°に設定されている。これにより、第３細分割領域Ｅ３用の偏光変換基準軸方向は、第３細分割領域Ｅ３の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに角度θ分偏心させた位置に設定されている。
【００４７】
なお、第２細分割領域Ｅ２に関しては、実施の形態１で、入射光の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量が元々左右均等であるため、実施の形態のままとした（α２＝β２＝１５°）。
【００４８】
本実施の形態２の場合、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−１５°〜β１＋θ＝１５°となる。同様に、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−１５°〜β３−θ＝１５°となる。よって、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に関しては、その有効部分に対して実質的な中央位置に偏光変換基準軸方向が設定されていることになる。この結果、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３に関しては、最大ずれ量を、実施の形態１の場合よりも小さな±１５°に低減させることができる。
【００４９】
（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３の波長選択性偏光素子１２の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態３は、改良構成例を示す実施の形態２についてさらに最適化されるよう改良したものである。ここでも、４つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳは同一構造からなるため、１つの偏光変換領域Ｂ−ＣＳに着目して説明する。
【００５０】
実施の形態２の場合、中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２に関しては、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、実施の形態１のままであり、±２３．６°のままである。そこで、本実施の形態３では、同一の偏光変換領域Ｂ−ＣＳに属する細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の全てについての最大ずれ量を小さくするため、細分割領域Ｅ１〜Ｅ３間のずれ量を均等化させるようにしたものである。細分割領域Ｅ１〜Ｅ３間のずれ量を均等化させるためには、
α１＝β３
α３＝β１≒α２＝β２
とすればよい。そこで、θ＝８．６°の条件の下に、β１＝α２と仮定して
α１−θ＝β１＋θ → α１−β１＝２θ
４β１＋２α１＝９０°
を満たすように、α１＝β３＝２６．５°、β１＝α３＝９．３°、α２＝β２＝９．２°、γ１＝γ３＝３５．８°、γ２＝１８．４°に設定されている。
【００５１】
これにより、偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、端部細分割領域である第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３の分割角度γ１，γ３が中間細分割領域である第２細分割領域Ｅ２の分割角度γ２よりも大きくなるように不均等に細分割されている。また、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３用の偏光変換基準軸方向は、第１，第３細分割領域Ｅ１，Ｅ３の中心より偏光変換領域Ｂ−ＣＳ自体の中心寄りに偏心させた位置に設定されている。
【００５２】
本実施の形態３の場合、第１細分割領域Ｅ１に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第１細分割領域Ｅ１の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α１＋θ＝−２６．５°＋８．６°＝−１７．９°、β１＋θ＝９．３°＋８．６°＝１７．９°となる。同様に、第３細分割領域Ｅ３に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第３細分割領域Ｅ３の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α３−θ＝−９．３°−８．６°＝−１７．９°、β３−θ＝２６．５°−８．６°＝１７．９°となる。さらに、第２細分割領域Ｅ２に注目すると、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する第２細分割領域Ｅ２の偏光変換基準軸方向のずれ量は、−α２−θ＝−９．２°−８．６°＝−１７．８°、β２＋θ＝９．２＋８．６°＝１７．８°となる。よって、第１〜第３細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に関して、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する各細分割領域の偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、±１７．９°程度に均等に低減させることができる。
【００５３】
（変形例１）
図７は、実施の形態３の変形例として波長選択性偏光素子１３の構成例を示す概略正面図である。この変形例の偏光変換領域Ｂ−ＣＳは、偏光変換領域Ｂ−ＣＳ内を実施の形態３に準じて最適に４分割した第１〜第４細分割領域Ｅ１〜Ｅ４からなる。
【００５４】
図７において、細分割領域Ｅ１〜Ｅ４間のずれ量を均等化させるためには、
α１＝β４
α４＝β１≒α２＝β２＝α３＝β３
とすればよい。そこで、θ＝８．６°の条件の下に、β１＝α２と仮定して
α１−θ＝β１＋θ → α１−β１＝２θ
６β１＋２α１＝９０°
を満たすように、α１＝β４＝２４．２°、β１＝α４＝７°、α２＝β２＝α３＝β３＝６．９°、γ１＝γ４＝３１．２°、γ２＝γ３＝１３．８°に設定されている。これによれば第１〜第４細分割領域Ｅ１〜Ｅ４に関して、照明光の光束Ｌの偏光方向に対する各細分割領域の偏光変換基準軸方向の最大ずれ量は、±１５．６°程度に均等に低減させることができる。
【００５５】
（変形例２）
図８は、変形例２を説明するための説明図である。前述の実施の形態１〜３および変形例１では、説明を簡単にするため、偏光変換基準軸方向に対する照明光の光束Ｌの偏光方向が、図８（ａ）に示すようにマイナス方向（回転が進む方向側）にずれても、図８（ｂ）に示すようにプラス方向（回転が戻る方向側）にずれても、偏光変換特性の変化は均等であるという前提で説明したものである。ところが、波長選択性偏光素子の中には、偏光変換基準軸方向に対する照明光の光束Ｌの偏光方向のずれがマイナス方向であるかプラス方向であるかによって偏光変換特性の変化の仕方が異なることがある。例えば、図８（ａ）に示すようにマイナス方向にずれた場合の方が、図８（ｂ）に示すようにプラス方向にずれた場合よりも、偏光変換特性の劣化が大きいことがある。
【００５６】
このような場合には、例えば図６で説明した構成において、各細分割領域Ｅ１〜Ｅ３に関して、マイナス方向側部分の角度α１〜α３をΔ分だけ小さめに修正する一方、プラス方向側部分の角度β１〜β３をΔ分だけ大きめに修正し、偏光変換特性の実質的な劣化量が偏光変換基準軸方向の左右で均等化されるようにすればよい。
【００５７】
（変形例３）
上述の説明では、本発明の波長選択性偏光素子を用いる投影型表示装置として、図１に示したようにＤＭＤ素子を利用した多板型（２板型）の投影型表示装置への適用例で説明したが、このような投影型表示装置に限らず、３原色ＲＧＢ分を順次１色ずつ偏光変換して１個の空間光偏光器に入射させるタイプの単板型の投影型表示装置であってもよい。また、投影型表示装置に用いる空間光変調器としても、ＤＭＤ素子に限らず、反射型あるいは透過型の液晶ライトバルブ等であってもよい。さらに、全反射型プリズム４やダイクロイックプリズム５による照明光／投影光分離、色分離／合成の機能部分は、各種変形構成が可能である。
【００５８】
（変形例４）
また、波長選択性偏光素子に関しても、種々の変形構成が可能である。偏光変換領域や細分割領域の数、偏光変換する色光の種類、並びに各種角度例は、上述した例に限定されるものではない。例えば、図９−１は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１４の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１４は、２分割構成の半円状の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを有するタイプ例を示し、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。この場合、細分割領域の分割数を６〜８個程度、あるいはそれ以上に増やすのがよい。
【００５９】
図９−２は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１５の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１５は、基本的に２分割構成の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳの境界部分に分割角の小さめな波長変換領域Ｃ−ＣＳを付加したものである。この波長変換領域Ｃ−ＣＳは、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する領域である。各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。波長変換領域Ｃ−ＣＳを加えることで、明るさを向上させることができる。図９−２に示す波長選択性偏光素子１５を図１に示す投影型表示装置１に適用すると、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）がＳ偏光になるので、赤色光Ｒのみがスクリーンに達する。
【００６０】
図９−３は、２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１５ａの例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１５ａは、波長選択性偏光素子１５の波長変換領域Ｃ−ＣＳに代えて透明領域を持たせたものである。図９−３に示す波長選択性偏光素子１５ａを図１に示す投影型表示装置１に適用すると、ホワイト光（赤色光Ｒ＋緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）がスクリーンに達するので、明るくなる。
【００６１】
図９−４は、単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１６の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１６は、３分割構成の扇形状の波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳを有し、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。
【００６２】
図９−５は、単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子１７の例を示す正面図である。この波長選択性偏光素子１７は、波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳに加えて、シアン光Ｃ（緑色光Ｇ＋青色光Ｂ）の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する波長変換領域Ｃ−ＣＳを備える４分割構成のもので、各波長変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ内が前述した如く、複数の細分割領域に細分割されて構成される。波長変換領域Ｃ−ＣＳを加えることで、明るさを向上させることができる。
【００６３】
なお、図９−６に示すように、波長選択性偏光素子１７の波長変換領域Ｃ−ＣＳに代えて、透明領域を持たせた波長選択性偏光素子１７ａを用いるようにしてもよい。
【００６４】
（実施の形態４）
図１０は、本実施の形態４の波長選択性偏光素子１８の構成例を示す概略正面図である。上述の各実施の形態では、各偏光変換領域Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳを、放射状に細分割されて同一の変換特性を持ち、それぞれの偏光変換基準軸方向がそれぞれ回転中心を対称軸として放射状に設定された複数の細分割領域により構成した場合について説明した。本実施の形態４では、例えば１つ偏光変換領域のＢ−ＣＳ中の細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の各偏光変換基準軸方向（領域中に両矢印で示す）と、波長選択性偏光素子１８外に両矢印で示す光束偏光方向とが所定の角度εをなすように構成したものである。つまり、細分割領域Ｅ１〜Ｅ３は、それぞれの偏光変換基準軸方向が回転中心を向いていないが、同一の変換特性を持つ部材により構成されている。
【００６５】
本実施の形態４によれば、波長選択性偏光素子１８を出る光の偏光方向を、角度εと角度ε＋９０°で制御することができる。
【００６６】
（実施の形態５）
図１１は、本実施の形態５の波長選択性偏光素子１９の構成例を示す概略正面図である。基本的には、実施の形態４（図１０）に準ずるものであるが、照明光の偏光方向を細分割領域Ｅ１〜Ｅ３の偏光変換基準軸方向に揃えるように設定したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１の波長選択性偏光素子を備える投影型表示装置を示す原理的構成図である。
【図２】波長選択性偏光素子の前提的構成例を示す概略正面図である。
【図３】実施の形態１の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図４】波長選択性偏光素子の回転に伴う照明光の光束の偏光方向に対する偏光変換基準軸方向のずれ量を順に説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図６】本発明の実施の形態３の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図７】変形例１の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図８】変形例２を説明するための説明図である。
【図９−１】変形例４の２板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−２】変形例４の２板型の投影型表示装置に適用される別の波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−３】図９−２の変形例を示す正面図である。
【図９−４】変形例４の単板型の投影型表示装置に適用される波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−５】変形例４の単板型の投影型表示装置に適用される別の波長選択性偏光素子の例を示す正面図である。
【図９−６】図９−５の変形例を示す正面図である。
【図１０】実施の形態４の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図１１】実施の形態５の波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図１２】従来の単純分割構成の波長選択性偏光素子の場合のずれ量を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６８】
６Ｒ，６ＧＢ ＤＭＤ素子
８ 投影レンズ
１０〜１７ 波長選択性偏光素子
Ｂ−ＣＳ，Ｇ−ＣＳ，Ｒ−ＣＳ，Ｃ−ＣＳ 偏光変換領域
Ｅ１〜Ｅ４ 細分割領域
Ｏ 回転中心
γ１〜γ４ 分割角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、
前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割され、該細分割領域は、同一の変換特性を持つ部材からなることを特徴とする波長選択性偏光素子。
【請求項２】
光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、
前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなり、前記各細分割領域の偏光変換基準軸方向がそれぞれ前記回転中心を対称軸として放射状に設定されていることを特徴とする波長選択性偏光素子。
【請求項３】
前記各偏光変換領域内の回転方向両端に位置する端部細分割領域の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項４】
前記各偏光変換領域は、前記端部細分割領域の分割角度がこれら端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割されていることを特徴とする請求項３に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項５】
前記端部細分割領域における偏光変換基準軸よりも前記中間細分割領域側部分の角度と、前記中間細分割領域における偏光変換基準軸に対する両側部分の角度とが、ほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項６】
前記各偏光変換領域内の回転方向両端の端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の偏光変換基準軸は、該中間細分割領域のほぼ中心位置に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子。
【請求項７】
前記偏光変換領域は、第１の色光に対応する第１の領域とこの第１の色光とは異なる第２の色光に対応する領域であって前記第１の色光に対応する前記第１の領域の有する偏光変換特性とは異なる偏光変換特性を有する第２の領域が回転方向に交互に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子。
【請求項８】
前記第１の領域と前記第２の領域は、回転中心に対して同じ角度範囲であることを特徴とする請求項７に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項９】
照明光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する請求項１〜８のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子と、
該波長選択性偏光素子を透過した特定の偏光方向の特定の色光による照明光を該色光に対応する色信号に基づき変調する空間光変調器と、
該空間光変調器で変調された投影光が入射される投影レンズと、
を備えることを特徴とする投影型表示装置。
【請求項１】
光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、
前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割され、該細分割領域は、同一の変換特性を持つ部材からなることを特徴とする波長選択性偏光素子。
【請求項２】
光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する色光別の偏光変換領域が、回転中心を対称軸として放射線状に分割形成されたホイール形状の波長選択性偏光素子であって、
前記各偏光変換領域は、前記回転中心を対称軸として放射状に細分割されて同一の変換特性を持つ複数の細分割領域からなり、前記各細分割領域の偏光変換基準軸方向がそれぞれ前記回転中心を対称軸として放射状に設定されていることを特徴とする波長選択性偏光素子。
【請求項３】
前記各偏光変換領域内の回転方向両端に位置する端部細分割領域の偏光変換基準軸は、該端部細分割領域の中心より当該偏光変換領域の中心寄りに偏心させた位置に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項４】
前記各偏光変換領域は、前記端部細分割領域の分割角度がこれら端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の分割角度よりも大きくなるように不均等に細分割されていることを特徴とする請求項３に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項５】
前記端部細分割領域における偏光変換基準軸よりも前記中間細分割領域側部分の角度と、前記中間細分割領域における偏光変換基準軸に対する両側部分の角度とが、ほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項６】
前記各偏光変換領域内の回転方向両端の端部細分割領域間に位置する中間細分割領域の偏光変換基準軸は、該中間細分割領域のほぼ中心位置に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子。
【請求項７】
前記偏光変換領域は、第１の色光に対応する第１の領域とこの第１の色光とは異なる第２の色光に対応する領域であって前記第１の色光に対応する前記第１の領域の有する偏光変換特性とは異なる偏光変換特性を有する第２の領域が回転方向に交互に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子。
【請求項８】
前記第１の領域と前記第２の領域は、回転中心に対して同じ角度範囲であることを特徴とする請求項７に記載の波長選択性偏光素子。
【請求項９】
照明光の偏光方向を波長選択的に回転させて変換する請求項１〜８のいずれか一つに記載の波長選択性偏光素子と、
該波長選択性偏光素子を透過した特定の偏光方向の特定の色光による照明光を該色光に対応する色信号に基づき変調する空間光変調器と、
該空間光変調器で変調された投影光が入射される投影レンズと、
を備えることを特徴とする投影型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９−１】
【図９−２】
【図９−３】
【図９−４】
【図９−５】
【図９−６】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−１５１０１７（Ｐ２００９−１５１０１７Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２７７０６（Ｐ２００７−３２７７０６）
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１９日（２００７．１２．１９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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