CN102608747B - 偏振变换元件、偏振变换单元以及投影型影像装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够构造变得紧凑且实现耐热性和/或长寿命化的偏振变换元件、偏振变换单元和投影型影像装置。具备具有双折射性和旋光性的晶体材料的透光性基板(21A)和设置于该透光性基板(21A)的入射侧表面、使P偏振光(P)透射且使S偏振光(S)反射的偏振分离部(21B)而构成偏振分离元件(21)。将使由偏振分离部(21B)反射后的S偏振光(S)反射的反射元件(22)与透光性基板(21A)大致平行地配置。将相位差板(23)配置于透光性基板(21A)的出射侧。使透射过偏振分离部(21B)且入射到透光性基板(21A)的P偏振光(P)维持着其偏振面而从透光性基板(21A)的出射侧表面出射，由相位差板(23)将透射过透光性基板(21A)的P偏振光(P)的偏振面变换为与S偏振光(S)的偏振面平行而作为S偏振光(S)出射。

Description

偏振变换元件、偏振变换单元以及投影型影像装置

技术领域

本发明涉及偏振变换元件、具备该偏振变换元件的偏振变换单元以及投影型影像装置。

背景技术

液晶投影机等投影型影像装置，根据图像信息对从光源装置射出的光进行调制，并将该调制后的光学像放大投影在屏幕上。在该液晶投影机中，为了提高光的利用效率，将从光源装置出射的具有无规则偏振光(偏振面相互正交的P偏振光与S偏振光和/或偏振面的方向各种各样的直线偏振光混合存在而成的光)的光(以下，称为无规则光)分割为多个中间光束，并为了将该分割后的中间光束变换统一为1种直线偏振光并出射而使用偏振变换元件。

偏振变换元件，是将偏振分离膜与反射膜交替配置于透明部件内部而形成偏振分束器阵列，并在该偏振分束器阵列的表面设置相位差板而成的构造。相位差板，在透明部件的光射出面侧、在与偏振分离膜对应的位置按每预定间隔配置有多个(专利文献1)。

以往，作为相位差板，有时使用有机系材料、例如聚碳酸酯膜制的1/2波长板，该1/2波长板与偏振分束器阵列通过有机系粘接剂粘接。

作为该偏振变换元件的制造方法，将在两主面分别形成有偏振分离膜和反射膜的无色透明的玻璃等透光性基板多层地进行层叠而制作层叠体，并且在相对于入射面例如以45度的角度切断而得到的透镜阵列的出射面，通过粘接剂粘贴有1/2波长板。

这样制造的偏振变换元件，以组装到俯视矩形状的框架的状态，搭载于液晶投影机的光学引擎内(专利文献2)。

白色光源灯的高输出化、短弧光长度化发展，偏振分束器阵列以及粘接于该偏振分束器阵列的1/2波长板的热负荷也增大，考虑作为构成1/2波长板的材料使用水晶而构成。在此，有下述液晶投影机：在使1/2波长板粘接于偏振分束器阵列的出射侧侧面而配置的情况下使用的情况下，作为粘接剂，使用耐热、耐光性能优异的紫外线固化性树脂或无机系材料的粘接剂，无需由冷却风扇进行的强制空气冷却(专利文献3)。

并且，有下述偏振变换单元：由于在使水晶制1/2波长板与偏振分束器阵列组合时相互的平坦度和/或定位等问题，具备包括多个偏振分离膜、多个反射膜和透光性部件而构成的偏振分离元件(偏振分束器)，并具备多个相位差板，进而具备将前述相位差板的端部粘贴在透光性部件的光束射出侧的间隔件部件，所述多个偏振分离膜相对于入射光束倾斜配置且将该入射光束分离为2种直线偏振光束，所述多个反射膜交替地平行配置于各偏振分离膜之间且对由偏振分离膜分离后的某一种直线偏振光束进行反射，所述透光性部件被设置这些偏振分离膜以及反射膜，所述多个相位差板通过水晶部件形成且将由偏振分离膜分离后的某一种直线偏振光束的偏振面变换为另一种直线偏振光束的偏振面(专利文献4)。在此，间隔件部件，优选可以实现粘接体的重新粘贴和/或使偏振分离元件阵列与相位差板的间隙的尺寸G处于0.01≤G≤0.3mm的范围。

近年来，伴随着作为光学部件的长寿命化的要求增进，产生了粘接剂的劣化的问题。

为了解决该问题，提出有下述接合方法：作为将玻璃和/或水晶等2块透光性基板接合的手段，通过等离子聚合法成膜为接合膜，该接合膜在表面包含硅氧烷(Si-O)键，且该接合膜包含结晶度为45％以下的Si骨架和由与该Si骨架结合的有机基构成的脱离基，通过对该接合膜提供能量而使存在于前述接合膜的表面附近的前述脱离基从前述Si骨架脱离，由此通过在接合膜的表面的前述区域显现的粘接性，将前述2块透光性基板接合(专利文献5)。并且，以往，提出有下述偏振变换元件：具有光入射面和与该光入射面大致平行的光出射面，沿着这些光入射面和光出射面配置多个透光性部件、偏振分离膜、反射膜、相位板以及等离子聚合膜，在多个透光性部件之中的一部分透光性部件的倾斜面设置有偏振分离膜和反射膜的某一个，在透光性部件的倾斜面的表面、偏振分离膜的表面以及反射膜的表面的至少某一个面设置有等离子聚合膜(专利文献6)。在该专利文献6的现有例子中，通过等离子聚合膜，对相邻的透光性部件与反射膜之间、相邻的透光性部件与相位板之间、相邻的相位板与偏振分离膜之间的至少某一个进行分子接合，等离子聚合膜其主要材料设定为聚硅氧烷。

但是，在专利文献6的现有例子中，由等离子聚合膜形成的接合膜由膜厚为数十nm的极薄膜构成，若在使用等离子聚合法将该接合膜形成于透光性基板的表面的过程中在透光性基板的表面附着灰尘和/或污垢等附着物，则由于附着物的高度远远高于接合膜的膜厚，所以会以附着有附着物的区域为中心在预定的区域无法将透光性基板彼此接合，气泡等会混入该领域，存在着在光学特性上和/或接合可靠性、产品寿命上产生大的不良影响的问题。

因此，作为不使用等离子聚合膜的现有例子，有专利文献7的例子。在该专利文献7中，光学块构成为对于在基板上纹刻设置的沟安装PBS(偏振分离元件)、镜体以及1/2波长板等光学部件。PBS通过对玻璃板表面蒸镀例如TiO₂等而形成，相对于光的入射方向以预定的角度压入安装于基板。镜体，通过对长方形的玻璃板表面蒸镀例如铝和/或电介质多层膜等而能够反射所入射的光。并且，以将由PBS分离并反射后的S波向出射侧反射的角度安装于基板。1/2波长板，通过将1/2相位差膜粘贴于长方形的玻璃板而形成，所述1/2相位差膜通过对例如聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜进行单轴延伸而成。并且，安装于入射由镜体反射后的S波的位置，使其偏振为P波并出射。这样，通过PBS、镜体、1/2波长板等构成光学块，由此能够将入射进来的包含P波(P偏振光)和S波(S偏振光)的无规则偏振光统一为仅P波(P偏振光)并出射，并且能够将光学块的入射侧面积与出射侧面积设定为大致相同。

水晶不仅具有双折射性，而且还具有旋光性，所公知的是，该旋光性存在着对水晶制波长板的相位差特性产生影响的问题。

对于该问题，提出有下述1/4波长板：将由具有旋光能的光学晶体材料构成的2个波长板以各自的晶体光轴按预定角度交叉的方式配置层叠，使用庞加莱(Poincare)球分析偏振光的轨迹，将两波长板的双折射相位差、光轴方位角度、旋光能以及旋转轴与中性轴所成的角的关系构成为满足利用近似式求得的预定的关系式，由此尝试降低由旋光能引起的影响，在宽频带中使特性变得良好(专利文献8)。

进而，关于由水晶等无机材料构成的1块波长板，提出有下述优异的光学特性的1/4波长板：由具有双折射性以及旋光性且对于短波长高输出的蓝紫色激光器发挥充分的耐光性、可靠性的水晶等无机材料的晶体板形成，且可以使椭圆率成为最佳、即0.9以上的高的值或实质上接近于1(专利文献9)。

【专利文献1】特开2000-298212号公报

【专利文献2】特许第3610764号公报

【专利文献3】特开2009-103863号公报

【专利文献4】特许第4329852号公报

【专利文献5】特许第4337935号公报

【专利文献6】特开2010-60770号公报

【专利文献7】再公表WO98/23993号公报

【专利文献8】特开2005-158121号公报

【专利文献9】特开2010-134414号公报

在专利文献7所示的现有例子中，前述PBS由于通过在玻璃基板的表面蒸镀电介质多层膜等而形成偏振分离膜，所述电介质多层膜通过交替地反复层叠TiO₂(高折射率材料)和SiO₂(低折射率材料)而成，所以不仅有可能由因热膨胀系数的差异引起的热变形引起前述玻璃基板与前述偏振分离膜的界面处的剥离，而且对玻璃板的散热性也有限制，无法充分地满足耐热性和/或长寿命化的高要求。

因此，考虑散热效果，考虑代替玻璃基板而将水晶板用于前述PBS，但是由于水晶不仅具有双折射性而且还具有旋光性，所以仅将玻璃板置换为水晶板，仅从与入射的直线偏振光的偏振面的关系出发以不产生相位差的方式确定晶体光轴的方位，达不到解决旋光性的问题的程度，存在着对于前述入射的直线偏振光会产生因旋光能引起的光学作用的问题。

在此，对通过应用关注于旋光能对相位差产生的影响的专利文献8和/或专利文献9所示的现有例子中所尝试的技术思想而实现可以对入射的P偏振光不产生任何光学作用而使之透射的偏振分离元件进行了研究，但是通过将涉及用于改善水晶制1/4波长板所具有的旋光能对于双折射相位差的影响的旋光能补偿技术的这些专利文献8和/或专利文献9所记载的技术思想原样应用于专利文献7而实现本申请发明人们所揭示的问题的解决是困难的。

发明内容

本发明在于提供能够构造变得紧凑且实现耐热性和/或长寿命化的偏振变换元件、偏振变换单元以及投影型影像装置。

[应用例1]

本应用例所涉及的偏振变换元件，具有：透光性基板，其配置为相对于入射光成预定角度；偏振分离部，其在该透光性基板的入射侧表面配置，将入射光分离为相互正交的第1直线偏振光和第2直线偏振光，使前述第1直线偏振光透射，并反射第2直线偏振光；以及反射元件，其与前述透光性基板大致平行地配置，将由该偏振分离部反射后的前述第2直线偏振光向与透射过了前述偏振分离部的前述第1直线偏振光的光路大致平行的方向反射；其中，前述透光性基板，包含具有双折射性和旋光性的晶体材料；透射过前述偏振分离部并入射到前述透光性基板的前述第1直线偏振光，维持着该第1直线偏振光的偏振面而从前述透光性基板的出射侧表面出射；在前述透光性基板的出射侧配置有相位差板，所述相位差板将透射过了前述透光性基板的前述第1直线偏振光的偏振面变换为与前述第2直线偏振光的偏振面平行，作为第2直线偏振光出射。

在该结构的本应用例中，由将偏振分离部设置于透光性基板而构成的偏振分离元件和反射元件构成透镜阵列，所以不需要设置于其间的玻璃等透明部件，构造变得紧凑。

而且，由于作为透光性基板而使用热传导率比玻璃高的晶体材料，所以与以往比较能够提高散热效果，实现耐热性和/或长寿命化。

并且，由于晶体材料具有双折射性和旋光性，所以存在着在光轴方向传输的直线偏振光的振动面随着光的行进而扭曲，偏振状态变化从而偏振变换效率下降的问题，但是在本应用例中，由于透射过了偏振分离部并入射到透光性基板的第1直线偏振光维持着该第1直线偏振光的偏振面而从透光性基板的出射侧表面出射，所以能够消除偏振状态的变化。

[应用例2]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述预定角度为大致45(度)或135(度)。

在该结构的本应用例中，由于能够通过偏振分离部使第2直线偏振光相对于入射光以大致直角朝向反射元件反射，所以能够将由反射元件反射的光线向与第1直线偏振光的光路大致平行的方向反射。

[应用例3]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述晶体材料为水晶。

在该结构的本应用例中，通过作为晶体材料而使用与蓝宝石等晶体材料相比能够低价获得的水晶，能够低价提供偏振变换元件。

[应用例4]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中在将投影光轴与前述第1直线偏振光的偏振面所成的角设定为方位角θ时，为θ＝0(度)，所述投影光轴是将前述透光性基板的晶体光轴投影于与前述入射光的光轴垂直的平面而成的光轴。

在该结构的本应用例中，由于θ＝0(度)，所以能够以不产生由直线双折射性引起的相位差Γ(Γ＝0)的条件，容易地设定偏振变换效率高的透光性基板。

[应用例5]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中在将前述透光性基板的晶体光轴与前述入射光的光轴所成的角设定为交叉角x，将在前述透光性基板的晶体光轴与前述入射光的光轴的交点、向与包含前述晶体光轴和前述入射光的光轴的平面垂直的方向设立的轴设定为中心轴，从与包含前述晶体光轴和前述入射光的光轴的平面垂直的方向看、将绕前述中心轴逆时针旋转的方向设定为正时，前述交叉角x满足：-90(度)≤x≤+90(度)。

在该结构的本应用例中，通过将交叉角x设定为满足-90(度)≤x≤+90(度)，能够切实地使透射过偏振分离部并入射到透光性基板的第1直线偏振光维持着第1直线偏振光的偏振面而从透光性基板的出射侧表面出射。

[应用例6]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：-90(度)≤x≤-80(度)，y＝-0.0058x²-0.9672x-38.858(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例7]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：-80(度)＜x≤-55(度)，y＝2×10^-6x⁵+0.0008x⁴+0.1145x³+7.9738x²+276.92x+3842.1(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例8]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x满足：-55(度)＜x≤-35(度)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件下，特别地，随着接近于-45(度)，无论板厚的最大值y如何，都能够得到良好的偏振变换效率。也就是说，在交叉角x为前述条件下，透光性基板的板厚没有限制，能够设定为任意的厚度。

[应用例9]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：-35(度)＜x≤-15(度)，y＝-4×10^-5x⁴-0.0045x³-0.1828x²-3.1831x-18.449(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例10]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：-15(度)＜x≤+5(度)，y＝9×10^-6x⁴+0.0002x³+0.0071x²+0.1786x+2.4607(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例11]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：+5(度)＜x≤+10(度)，y＝-0.5597x+6.3541(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例12]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：+10(度)＜x≤+30(度)，y＝1×10^-5x⁴-0.0008x³-0.0224x²-0.2833x+2.0276(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例13]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：+30(度)＜x≤+35(度)，y＝0.3878x-10.931(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例14]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：+35(度)＜x≤+75(度)，y＝5×10^-9x⁶-2×10^-6 x⁵+0.0002x⁴-0.0176x³+0.7441x²-16.972x+165.72(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例15]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：+75(度)＜x＜+90(度)，y＝9×10^-5x³-0.0215x²+1.6761x-42.176(mm)。

在该结构的本应用例中，在交叉角x为前述条件的情况下，通过将板厚的最大值y设定为前述的范围，能够得到良好的偏振变换效率。

[应用例16]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述偏振分离部包括金属线栅。

在该结构的本应用例中，通过由金属线栅形成偏振分离部，能够简单地制造偏振变换元件。

[应用例17]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述偏振分离部包括电介质多层膜。

在该结构的本应用例中，通过由电介质多层膜形成偏振分离膜，能够简单地制造偏振变换元件。

[应用例18]

本应用例所涉及的偏振变换元件，其中前述反射元件具有水晶板和设置于该水晶板的表面的镜部。

在该结构的本应用例中，由于设置镜部的板材不是玻璃而是水晶，所以与透光性基板一起用反射元件，也能够提高散热效果，进一步实现耐热性和/或长寿命化。

[应用例19]

本应用例所涉及的偏振变换单元，具备：前述结构的偏振变换元件；以及保持该偏振变换元件的保持部件；其中，前述保持部件具有：一对保持板，其分别保持前述透光性基板的两端部和前述反射元件的两端部；以及一对连接板，其分别连接该一对保持板的两端部。

在该结构的本应用例中，由于能够将具备透光性基板以及偏振分离部而构成的偏振分离元件和反射元件紧凑地收置于保持部件，所以操作方便。

[应用例20]

本应用例所涉及的偏振变换单元，其中前述一对保持板与前述一对连接板形成为一体；在前述一对保持板的相互相对的部分设置有分别引导前述透光性基板和前述反射元件的引导沟；前述引导沟在前述一对保持板的一侧面分别开口。

在该结构的本应用例中，由于仅通过将前述偏振分离元件和前述反射元件分别沿着引导沟***便可组装偏振变换单元，所以组装工作变得容易。

[应用例21]

本应用例所涉及的偏振变换单元，其中前述一对保持板与前述一对连接板分体形成；前述一对连接板具有将前述一对保持板向相互面对的方向加载的卡合(接合)片。

在该结构的本应用例中，通过一对连接板，将一对保持部件向相互接近的方向加载而切实地保持偏振分离元件和反射元件，能够防止偏振分离元件和/或反射元件从偏振分离单元脱落。

[应用例22]

本应用例所涉及的投影型影像装置，具有：光源；偏振变换元件，其是前述的结构的偏振变换元件，将来自前述光源的光变换为前述第2直线偏振光而出射；光调制单元，其根据要投影的图像信息对来自前述偏振变换元件的出射光进行调制；以及投影光学***，其对通过前述光调制单元调制后的光进行投影。

在该结构的本应用例中，由于偏振变换元件的偏振变换效率高，所以能够提供投影精度高的投影型影像装置。

[应用例23]

本应用例所涉及的投影型影像装置，其中前述光调制单元为液晶面板。

在该结构的本应用例中，能够提供能够产生前述的效果的液晶投影机。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式所涉及的偏振变换元件的概略图。

图2(A)是构成偏振分离元件的水晶板的端面图，(B)是表示水晶板的一部分的主视图。

图3是表示水晶的波长板的光轴方位、板厚、切断角度的关系的图，(A)是端面图，(B)是立体图。

图4是表示用于说明图3的原理的庞加莱球的概略图。

图5是用于说明折射角度φ的概略图。

图6是切断角度q为0度的情况下的透光性基板的示意图。

图7是表示切断角度q为0度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图8是切断角度q为15度的情况下的透光性基板的示意图。

图9是表示切断角度q为15度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图10是切断角度q为30度的情况下的透光性基板的示意图。

图11是表示切断角度q为30度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图12是切断角度q为45度的情况下的透光性基板的示意图。

图13是表示切断角度q为45度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图14是切断角度q为60度的情况下的透光性基板的示意图。

图15是表示切断角度q为60度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图16是切断角度q为75度的情况下的透光性基板的示意图。

图17是表示切断角度q为75度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图18是切断角度q为90度的情况下的透光性基板的示意图。

图19是表示切断角度q为90度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图20是切断角度q为105度的情况下的透光性基板的示意图。

图21是表示切断角度q为105度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图22是切断角度q为120度的情况下的透光性基板的示意图。

图23是表示切断角度q为120度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图24是切断角度q为135度的情况下的透光性基板的示意图。

图25是表示切断角度q为135度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图26是切断角度q为150度的情况下的透光性基板的示意图。

图27是表示切断角度q为150度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图28是切断角度q为165度的情况下的透光性基板的示意图。

图29是表示切断角度q为165度的情况下的0度方向强度(透射特性)的曲线图。

图30是表示交叉角x与容许的板厚yo的最大值y的关系的曲线图。

图31(A)是表示交叉角x为-90度的状态的概略图，(B)是表示交叉角x为-45度的状态的概略图，(C)是表示交叉角x为0度的状态的概略图。

图32是组装有本发明的第2实施方式的液晶投影机的概略结构图。

图33是表示第2实施方式所涉及的偏振变换单元的立体图。

图34(A)是保持部件的俯视图，(B)是保持部件的剖面图。

图35是表示保持部件的一部分的分解立体图。

图36是表示本发明的第3实施方式所涉及的偏振变换单元的立体图。

图37是表示保持部件的一部分的分解立体图。

图38是本发明的第4实施方式所涉及的偏振变换元件的概略图。

图39是本发明的第5实施方式所涉及的偏振分离元件的立体图。

符号说明

1、4、6...偏振变换单元，2...偏振变换元件，3、4、7...保持部件，21、231、232...偏振分离元件，21A...透光性基板，21B...偏振分离部，22A...水晶板，22B...镜部，23、231、232...相位差板，51、71...保持板，51A、71A...引导沟，52、72...连接板，100...液晶投影机(投影型影像装置)，111...光源装置，140...光调制装置(光调制单元)，141R、141G、141B...透射型液晶面板，150...投影光学装置(投影光学***)，210B...偏振分离部，722...卡合片，722A...按压部，IL...入射光，OL...出射光，PO...晶体光轴，P...P偏振光(第1直线偏振光)，S...S偏振光(第2直线偏振光)，x...交叉轴，q...切断角度。

具体实施方式

基于附图说明本发明的实施方式。在此，在各实施方式中，相同的构成要素附有相同符号而省略或简化说明。

在图1至图31中表示第1实施方式。

图1表示第1实施方式的概略。

在图1中，第1实施方式的偏振变换单元1具备偏振变换元件2和保持该偏振变换元件2的保持部件3。保持部件3是俯视矩形状的例如合成树脂制的板材。

偏振变换元件2具备交替配置的偏振分离元件21以及反射元件22、配置于偏振分离元件21的光射出面侧的相位差板23，这些偏振分离元件21、反射元件22以及相位差板23各自的一端部，嵌入于保持部件3的凹部(未图示)。

在图1中，偏振分离元件21以及反射元件22，夹着保持部件3的中心在左右各配置多块、例如2块，其中，相对于中心配置于左侧的偏振分离元件21以及反射元件22和配置于右侧的偏振分离元件21以及反射元件22，相对于前述中心以对称关系配置。

偏振分离元件21具有：透光性基板21A，其以其入射侧主表面以及出射侧主表面相对于入射光IL成预定角度、在本实施方式中为45度的方式配置；偏振分离部21B，其在该透光性基板21A的入射侧表面将入射光IL分离为相互正交的第1直线偏振光即P偏振光P和第2直线偏振光即S偏振光S，并使P偏振光P透射而反射S偏振光S；以及反射防止部21C，其分别设置于偏振分离部21B的表面和配置有该偏振分离部21B的透光性基板21A的与入射光IL所入射的一侧的主面相反侧的主面(出射侧的主面)。

透光性基板21A，由具有双折射性和旋光性的水晶形成为俯视矩形的板状。

偏振分离部21B，包括电介质多层膜，该电介质多层膜通过以预定的顺序以及光学膜厚形成例如包含氧化硅(SiO₂)的低折射率层和例如包含氧化铝(Al₂O₃)的高折射率层并在光学上设定为面内均匀而成。

反射防止部21C，例如通过对交替地依次层叠二氧化硅和氧化钛而成的电介质多层膜等物质进行蒸镀而形成。

反射元件22，使由偏振分离部21B分离、反射后的S偏振光S向与透射过偏振分离部21B的P偏振光P的光路大致平行的方向反射，该反射元件22具有水晶板22A和在该水晶板22A的表面设置的镜部22B。

镜部22B，例如包括通过蒸镀二氧化硅、氧化钛等物质而形成的多层膜。

相位差板23具有：1/2波长板23A，其配置于透光性基板21A的出射侧，将透射过透光性基板21A的P偏振光P的偏振面变换为与S偏振光S的偏振面成为平行；以及设置于该1/2波长板23A的两面的反射防止部23B。该反射防止部23B与设置于偏振分离元件21的反射防止部21C相同。

透光性基板21A的概略结构示于图2。图2(A)是从端面观察的透光性基板21A的概略图，图2(B)是表示透光性基板21A的一部分的主视图。

在图2(A)中，透光性基板21A，其板厚为yo，入射光IL入射于其，并作为出射光OL透射。入射光IL以发散角为+α至-α的范围入射。与入射光IL对应，出射光OL也以发散角为+α至-α的范围出射。

正交于透光性基板21A的主面的法线PL与晶体光轴PO所成的角度为切断角度q。

透光性基板21A的晶体光轴PO与入射光IL的光轴所成的角为交叉角x。

偏振分离元件21的透光性基板21A，由于是具有双折射性和旋光性的水晶板，所以需要以出射光OL相对于入射光IL的偏振变换效率变高的方式进行设计。

关于达成该设计的原委，基于图3以及图4进行说明。图3表示水晶的波长板的光轴方位、板厚、切断角度的关系，(A)是端面图，(B)是立体图。

一般地，作为用于设计包含水晶的波长板的参数，有以光轴方位θ、切断角度q设定的旋光能及以板厚yo设定的相位差Γ。在此，以庞加莱球进行定义。

如图2所示，本发明人们，设定晶体光轴PO，研究不产生由直线双折射性引起的相位差Γ的晶体板的结构，进而，研究了将也抑制了由圆双折射性引起的相位差2ρ、所谓由旋光性引起的偏振光的旋转的光学元件应用于偏振变换元件。

在将投影光轴与P偏振光P的偏振面所成的角设定为方位角θ时，若以θ＝0(度)的方式配置水晶板，则直线双折射相位差Γ为0，所述投影光轴通过将晶体板的晶体光轴PO投影于与入射光IL的光轴垂直的平面而成。

将方位角θ固定为0(度)，对由与旋光能对应的2q引起的对相位差Γ’(与板厚yo对应)的影响度反复模拟和实验，并进行了评价、检验。

在图4中，示出用于说明偏振状态的庞加莱球的概略结构。

在图4中，首先，在S1轴上且在赤道上设定直线偏振光P1的偏振位置。将S1轴在赤道上旋转2θ而设定为R1轴，将该R1轴立起切断角度2q而设定为R2轴，使该R2轴旋转与相位差Γ对应的角度而使P1变为P2。为了使该P2成为所期望的偏振状态，调整光轴方位θ、切断角度q、相位差Γ。

在本实施方式中，将切断角度q定义为相对于透光性基板21A的主面的法线PL与晶体光轴PO所成的角度。

对根据各切断角度切出的每个透光性基板(水晶板)，评价对于入射光IL(P偏振光)作用的Γ’的值。

[式1]

${\mathrm{\Γ}}^{,}=\sqrt{{\mathrm{\Γ}}^2+{\left(2q\right)}^2}$

入射光IL，若向透光性基板21A入射，则折射而在透光性基板21A中行进。并且，在从透光性基板21A出射时成为向与入射光IL的光轴平行的方向折射的出射光而出射。在此，如图5所示，在入射光IL向透光性基板21A入射时以折射角度φ折射。

本申请发明人们，着眼于：入射光在向透光性基板21A入射时折射的折射角度φ，确定实际的在透光性基板21A中行进的光的光轴与晶体光轴PO所成的角度β，旋光能2q与β相应地发生变化的情况，而进行了实验、评价。

对切断角度q与透光性基板21A的透射特性的关系进行说明。

图6是切断角度q为0度的情况下的透光性基板的示意图，图7是表示该情况下的作为透射特性的0度方向强度的曲线图。在图6中，入射光IL的入射角设定为0度。透光性基板21A，由于其主面相对于入射角倾斜45度而配置，所以与透光性基板21A的主面正交的法线为135度。另一方面，晶体光轴PO如从图6可以看出，设定为135度。因此，在图6中，切断角度q为0度。

在图7中，将发散角α为-10度的情况表示为发散角α-10，将发散角α为-5度的情况表示为α-5，将发散角α为0度的情况表示为α0，将发散角α为+5度的情况表示为α+5，将发散角α为+10度的情况表示为α+10。与图7对应的其他图也相同。

在图7中，在α0、α+5、α+10的情况下，0度方向强度(透射特性)高为0.9以上，但是在α-10、α-5下，依波长的不同，也有0度方向强度小于0.8的情况。

图8是切断角度q为15度的情况下的透光性基板的示意图，图9是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图9中，在α-5、α0、α+5、α-10下，0度方向强度(透射特性)高为0.9以上，但是在α+10下，依波长的不同，也有0度方向强度小于0.8的情况。

图10是切断角度q为30度的情况下的透光性基板的示意图，图11是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图11中，在α+10下，0度方向强度(透射特性)高为0.9以上，但是在α-5、α0、α+5、α-10下，依波长的不同，也有0度方向强度小于0.8的情况。

图12是切断角度q为45度的情况下的透光性基板的示意图，图13是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图13中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，0度方向强度高为0.9以上。

图14是切断角度q为60度的情况下的透光性基板的示意图，图15是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图15中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图16是切断角度q为75度的情况下的透光性基板的示意图，图17是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图17中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图18是切断角度q为90度的情况下的透光性基板的示意图，图19是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图19中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图20是切断角度q为-75度的情况下的透光性基板的示意图，图21是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图21中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图22是切断角度q为-60度的情况下的透光性基板的示意图，图23是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图23中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图24是切断角度q为-45度的情况下的透光性基板的示意图，图25是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图25中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图26是切断角度q为-30度的情况下的透光性基板的示意图，图27是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图27中，在α-10、α-5、α0、α+5、α+10的全部下，有0度方向强度小于0.8的情况。

图28是切断角度q为-15度的情况下的透光性基板的示意图，图29是表示该情况下的0度方向强度的曲线图。

在图29中，在α-10、α-5、α+5、α+10下，有0度方向强度小于0.8的情况。

根据以上的关系求取交叉角x与容许的板厚yo的最大值y的关系。交叉角x与容许的板厚yo的最大值y的关系示于图30。在此，容许的板厚yo的最大值y，为在全部发散光(α为±10度)的范围内偏振变换效率(0度方向强度)成为0.8以上的板厚。

并且，若将在透光性基板21A的晶体光轴PO与入射光IL的光轴的交点、向与包含晶体光轴PO和入射光IL的光轴的平面垂直的方向设立的轴设定为中心轴，从与包含晶体光轴PO和入射光IL的光轴的平面垂直的方向看、将绕中心轴逆时针旋转的方向设定为正(plus)，则交叉角x为-90(度)≤x≤+90(度)。

在图30中，在交叉角x为-90度＜x≤-80度(区域Q1)的情况下，透光性基板21A的板厚yo的最大值y，以下式求取：

y＝-0.0058x²-0.9672x-38.858(mm)......(1)。

在此，由于在交叉角x为-90度下，y为0.8653mm，在交叉角x为-80度下，y为1.1257mm，所以在区域Q1的范围中，为0.8653mm＜y≤1.1257mm。

另外，在图31(A)，示出交叉角x为-90度的状态。

在交叉角x为-80度＜x≤-55度(区域Q2)的情况下，透光性基板21A的板厚yo的最大值y，以下式求取：

y＝2×10^-6x⁵+0.0008x⁴+0.1145x³+7.9738x²+276.92x+3842.1(mm)......(2)。

在此，由于在交叉角x为-80度下，y为1.1257mm，在交叉角x为-55度下，y为3.8506mm，所以在区域Q2的范围中，为1.1257mm＜y≤3.8506mm。

在交叉角x为-55度＜x≤-35度(区域Q3)的情况下，透光性基板21A的板厚yo的最大值y为3.7(mm)≤y。也就是说，只要板厚yo的容许的最大值y大于等于3.7mm，便没有限制。

另外，在图31(B)中，示出交叉角x为-45度的状态。

在交叉角x为-35度＜x≤-15度(区域Q4)的情况下，透光性基板21A的板厚yo的最大值y，以下式求取：

y＝-4×10^-5x⁴-0.0045x³-0.1828x²-3.1831x-18.449......(3)。

在此，由于在交叉角x为-35度下，y为3.7030mm，在交叉角x为-15度下，y为1.2999mm，所以在区域Q4的范围中，为3.7030mm＜y≤1.2999mm。

在交叉角x为-15度＜x≤+5度(区域Q5)的情况下，透光性基板21A的板厚yo的最大值y，以下式求取：

y＝9×10^-6x⁴+0.0002x³+0.0071x²+0.1786x+2.4607......(4)。

在此，由于在交叉角x为-15度下，y为1.2999mm，在交叉角x为+5度下，y为3.5554mm，所以在区域Q6的范围中，为1.2999mm＜y≤3.5554mm。

另外，在图31(C)中，示出交叉角x为0度的状态。

在交叉角x为+5度＜x≤+10度(区域Q6)的情况下，透光性基板21A的板厚y，以下式求取：

y＝-0.5597x+6.3541......(5)。

在此，由于在交叉角x为+5度下，y为3.5554mm，在交叉角x为+10度下，y为0.7566mm，所以在区域Q6的范围中，为0.7566mm≤y＜3.5554mm。

在交叉角x为+10度＜x≤+30度(区域Q7)的情况下，透光性基板21A的板厚y，以下式求取：

y＝1×10^-5x⁴-0.0008x³-0.0224x²-0.2833x+2.0276......(6)。

在此，由于在交叉角x为+10度下，y为0.7566mm，在交叉角x为+30度下，y为0.7016mm，所以在区域Q7的范围中，为0.7016mm≤y＜0.7566mm。

在交叉角x为+30度＜x≤+35度(区域Q8)的情况下，透光性基板21A的板厚y，以下式求取：

y＝0.3878x-10.931......(7)。

在此，由于在交叉角x为+30度下，y为0.7016mm，在交叉角x为+35度下，y为2.6404mm，所以在区域Q8的范围中，为0.7016mm≤y＜2.6404mm。

在交叉角x为+35度＜x≤+75度(区域Q9)的情况下，透光性基板21A的板厚y，以下式求取：

y＝5×10^-9x⁶-2×10^-6x⁵+0.0002x⁴-0.0176x³+0.7441x²-16.972x+165.72......(8)。

在此，由于在交叉角x为+35度下，y为2.6404mm，在交叉角x为+70度下，y为0.6906mm，在交叉角x为+75度下，y为0.9520mm，所以在区域Q9的范围中，为0.6906mm≤y≤2.6404mm。

在交叉角x为+75度＜x＜+90度(区域Q10)的情况下，透光性基板21A的板厚y，以下式求取：

y＝9×10^-5x³-0.0215x²+1.6761x-42.176......(9)。

在此，由于在交叉角x为+75度下，y为0.9520mm，在交叉角x为+85度下，y为0.8284mm，在交叉角x为+90度下，y为0.8653mm，所以在区域Q10的范围中，为0.8284mm≤y≤0.9520mm。

以上的构成的第1实施方式，能够产生以下的作用效果。

(1)具备由具有双折射性和旋光性的晶体材料构成的透光性基板21A和设置于该透光性基板21A的入射侧表面、使P偏振光透射且使S偏振光反射的偏振分离部21B而构成偏振分离元件21，将使由偏振分离部21B反射后的S偏振光S反射的反射元件22与透光性基板21A大致平行地配置，将相位差板23配置于透光性基板21A的出射侧，使透射过偏振分离部21B且入射到透光性基板21A的P偏振光P维持着其偏振面而从透光性基板21A的出射侧表面出射，由相位差板23将透射过透光性基板21A的P偏振光P的偏振面变换为与S偏振光S的偏振面平行而作为S偏振光S出射。因此，由于由偏振分离元件21和反射元件22构成透镜阵列，所以不需要在偏振分离元件21和反射元件22之间设置的玻璃等透明部件，构造紧凑。而且，由于作为透光性基板21A使用晶体材料，该晶体材料与玻璃相比散热效果高，所以能够实现耐热性和/或长寿命化。在此，在本实施方式中，作为透光性基板21A，由于使用具有双折射性和旋光性的晶体材料，所以有可能使偏振状态变化而偏振变换效率下降，但是由于设定为使透射过偏振分离部21B并入射到透光性基板21A的P偏振光P维持着其偏振面而从透光性基板21A的出射侧表面出射的构成，所以能够消除偏振状态的变化，能够使光学特性变得良好。

(2)由于将透光性基板21A相对于入射光IL配置为大致45(度)或135(度)，所以能够通过偏振分离元件21的偏振分离部21B使S偏振光S相对于入射光以大致直角朝向反射元件22反射，所以能够将由反射元件22反射的S偏振光S设定为与P偏振光P大致平行。因此，由于能够容易使反射元件22的反射光与偏振分离元件21的透射光一致，所以能够容易地组装偏振变换元件2。

(3)由于透光性基板21A由水晶形成，水晶与蓝宝石等其他晶体材料相比能够低价获得，所以能够低价提供偏振变换元件2。

(4)由于在将投影光轴与P偏振光P的偏振面所成的角设定为方位角θ时，设定为θ＝0(度)，所述投影光轴通过将透光性基板21A的晶体光轴PO投影于与入射光IL的光轴垂直的平面而成，所以能够以不产生由双折射性引起的相位差Γ(Γ＝0)的条件，容易地设定偏振变换效率高的透光性基板21A。

(5)在将透光性基板21A的晶体光轴PO与入射光IL的光轴所成的角设定为交叉角x，将在透光性基板21A的晶体光轴PO与入射光IL的光轴的交点、向与包含晶体光轴PO和入射光IL的光轴的平面垂直的方向设立的轴设定为中心轴，从与包含晶体光轴PO和入射光IL的光轴的平面垂直的方向看，将绕中心轴逆时针旋转的方向设定为正时，将交叉角x设定为满足-90(度)≤x≤+90(度)。因此，能够切实地使透射过偏振分离部21B并入射到透光性基板21A的P偏振光P维持着其偏振面而从透光性基板21A的出射侧表面出射。

(6)按多个区域的每个根据近似式求取交叉角x和透光性基板21A的板厚yo的最大值y。也就是说，在“-90(度)≤x≤-80(度)”的情况下，设定为满足“y＝-0.0058x²-0.9672x-38.858(mm)”，在“-80(度)＜x≤-55(度)”的情况下，设定为满足“y＝2×10^-6x⁵+0.0008x⁴+0.1145x³+7.9738x²+276.92x+3842.1(mm)”，在“-35(度)＜x≤-15(度)”的情况下，设定为满足“y＝-4×10^-5x⁴-0.0045x³-0.1828x²-3.1831x-18.449(mm)”，在“-15(度)＜x≤+5(度)”的情况下，设定为满足“y＝9×10^-6x⁴+0.0002x³+0.0071x²+0.1786x+2.4607(mm)”，在“+5(度)＜x≤+10(度)”的情况下，设定为满足“y＝-0.5597x+6.3541(mm)”，在“+10(度)＜x≤+30(度)”的情况下，设定为满足“y＝1×10^-5x⁴-0.0008x³-0.0224x²-0.2833x+2.0276(mm)”，在“+30(度)＜x≤+35(度)”的情况下，设定为满足“y＝0.3878x-10.931(mm)”，在“+35(度)＜x≤+75(度)”的情况下，设定为满足“y＝5×10^-9x⁶-2×10^-6x⁵+0.0002x⁴-0.0176x³+0.7441x²-16.972x+165.72(mm)”，在“+75(度)＜x＜+90(度)”的情况下，设定为满足“y＝9×10^-5x³-0.0215x²+1.6761x-42.176(mm)”。因而，由于能够按各区域求取适合的板厚yo的最大值y，所以通过得到较高的偏振变换效率，能够使光学特性变得良好。

(7)通过将交叉角x设定为满足-55(度)＜x≤-35(度)，特别地，设定为接近-45(度)，无论板厚yo的最大值y如何，都能够得到良好的偏振变换效率。

(8)在反射元件22中，由于设置镜部22B的板材不是玻璃而是水晶，所以与偏振分离元件21一起用反射元件22，也能够提高散热效果，进一步实现耐热性和/或长寿命化。

(9)由于偏振分离部21B由电介质多层膜构成，所以能够简单地制造偏振分离元件21。

接下来，基于图32至图35说明本发明的第2实施方式。

第2实施方式是将偏振变换单元4设置于作为投影型影像装置的液晶投影机100的例子，其保持部件5的构造与第1实施方式的变换单元1不同。

图32表示液晶投影机的概略结构。

在图32中，液晶投影机100具备积分器照明光学***110、色分离光学***120、中继光学***130、根据图像信息对从光源射出的光进行调制的光调制装置140、对由光调制装置140调制后的光进行放大投影的投影光学装置150。

积分器照明光学***110，是用于对后述的3块透射型液晶面板141R、141G、141B的图像形成领域大致均匀地进行照明的光学***，具备光源装置111、第1透镜阵列112、偏振变换装置200和重叠透镜113。

光源装置111，对从光源灯114射出的辐射状的光线用反射器115进行反射而设定为大致平行光线，使该大致平行光线向外部射出。

偏振变换装置200具备第2透镜阵列210、遮光板220和第2实施方式所涉及的偏振变换单元4。

色分离光学***120具备2块分色镜121、122和反射镜123，通过分色镜121、122将从积分器照明光学***110射出的多个光分离为红、绿、蓝3色的色光。由分色镜121分离后的蓝色光，通过反射镜123反射，通过场透镜142而到达蓝色用的透射型液晶面板141B。

在透射过分色镜121的红色光和绿色光之中，绿色光通过分色镜122反射，通过场透镜142而到达绿色用的透射型液晶面板141G。

中继光学***130具备入射侧透镜131、中继透镜133和反射镜132、134。由色分离光学***120分离后的红色光，透射过分色镜122，通过中继光学***130，进而通过场透镜142而到达红色光用的透射型液晶面板141R。

光调制装置140具备透射型液晶面板141R、141G、141B和十字分色棱镜143。该十字分色棱镜143，对按各色光调制后的光学像进行合成而形成彩色的光学像。

偏振变换单元4具备与第1实施方式相同构造的偏振变换元件2和保持该偏振变换元件2的保持部件5。

保持部件5的具体的构造示于图33至图35。

图33是保持部件5的立体图，图34(A)是保持部件5的俯视图，图34(B)是保持部件5的剖面图。

在这些图中，保持部件5是具有一对保持板51和一对连接板52的构造，该一对保持板51分别保持偏振分离元件21的两端部和反射元件22的两端部，该一对连接板52分别连接该一对保持板51的两端部。这些保持板51以及连接板52由合成树脂一体形成为俯视矩形的框状。

在一对保持板51的相互相对的部分，形成有多对分别引导偏振分离元件21和反射元件22的引导沟51A。这些引导沟51A形成为，其长度较长方向相对于入射光成为45度或135度。

在从偏振分离元件21出射的出射光所通过的位置配置有图33中未图示的相位差板23。该相位差板23通过未图示的适宜的手段连接固定于保持部件5。

另外，在图33以及图34中，引导沟51A，为了收置偏振分离元件21而图示4对，为了收置反射元件22而图示2对，但是这是为了容易理解地图示引导沟51A的结构而放大图示的，实际上，与图1所示的偏振变换元件2匹配地，是为了收置2块偏振分离元件21而设置2对、为了收置2块反射元件22而设置2对的构造。但是，引导沟51A的数量并不限于前述的数量，而对应于实际设置的偏振分离元件21和/或反射元件22的数量。

图35是保持部件5的一部分的分解立体图。在图35中，引导沟51A，以其一端部在保持板51的一侧面开口，且另一端部触碰偏振分离元件21和/或反射元件22的端部的方式形成有高低差(台阶)。引导沟51A，其宽度尺寸形成得与偏振分离元件21和/或反射元件22的宽度尺寸相同或稍大，其长度尺寸形成得与偏振分离元件21和/或反射元件22的长度尺寸相同或稍大。

因而，在第2实施方式中，除了能够产生与第1实施方式的(1)到(9)的作用效果同样的作用效果之外，还能够产生以下的作用效果。

(10)由于具备偏振变换单元4、光调制装置140和投影光学装置150而构成液晶投影机100，所述偏振变换单元4具有将来自光源装置111的光变换为S偏振光S而出射的偏振变换元件2，所述光调制装置140根据图像信息对来自偏振变换元件2的出射光进行调制，所述投影光学装置150对通过该光调制装置140调制后的光进行投影，所以能够伴随着偏振变换元件2的偏振变换效率提高而提高液晶投影机100的投影精度。

(11)由于光调制装置140具备透射型液晶面板141R、141G、141B而构成，所以由于这点，也能够提供投影精度高的液晶投影机100。

(12)由于偏振变换单元4具备保持偏振变换元件2的保持部件5，该保持部件5是具有分别保持偏振分离元件21的两端部和反射元件22的两端部的一对保持板51和分别连接该一对保持板51两端部的一对连接板52的构造，所以能够将偏振分离元件21以及反射元件22紧凑地收置于保持部件，操作方便。

(13)由于一对保持板51与一对连接板52形成为一体，所以能够通过射出成形等适宜的手段，容易地制造保持部件5。

(14)由于在一对保持板51的相互相对的部分形成有分别引导偏振分离元件21和反射元件22的引导沟51A，这些引导沟在一对保持板51的一侧面分别开口，所以仅将偏振分离元件21和反射元件22分别沿着引导沟51A***便可组装偏振变换单元4，组装工作变得容易。

接下来，基于图36以及图37说明本发明的第3实施方式。

第3实施方式其保持部件的构造与第2实施方式不同，其他的结构与第2实施方式相同。

图36是表示第3实施方式所涉及的偏振变换单元的立体图，图37是表示保持部件的一部分的分解立体图。

在这些图中，偏振变换单元6具备与第1实施方式相同构造的偏振变换元件2和保持该偏振变换元件2的保持部件7。

保持部件7具备一对保持板71和设置于一对保持板71端部的一对连接板72，一对保持板71与一对连接板72分体形成。

一对保持板71是由合成树脂形成的板状，在其相互相对的部分，形成有多对分别引导偏振分离元件21和反射元件22的端部的引导沟71A。这些引导沟71A形成为，其长度较长方向相对于入射光成为45度或135度。并且，引导沟71A，是俯视成为矩形状的凹部。

在第3实施方式中，与第2实施方式同样，在从偏振分离元件21出射的出射光所通过的位置配置有未图示的相位差板23。另外，在图36中，引导沟71A，图示了共计6对，但是实际上，与偏振变换元件2匹配地，是为了收置4块偏振分离元件21而设置4对、为了收置4块反射元件22而设置4对的构造。

一对连接板72具有长条状的板材721和连接于该板材721并且将一对保持板71向相互面对的方向加载的卡合片722。

这些板材721和卡合片722由具有弹性的材料例如金属、合成树脂等形成为一体。卡合片722相对于板材721折弯而形成，在其中央部分形成有与形成于保持板71的凹部71B卡合的凸状的按压部722A。凸状的按压部722A与凹部71B在与保持板71的长度较长方向正交的方向延伸而形成。

因而，在第3实施方式中，除了能够产生与第2实施方式的(1)至(12)的作用效果同样的作用效果之外，还能够产生以下的作用效果。

(15)保持部件7具备一对保持板71和设置于一对保持板71端部的一对连接板72，一对连接板72具有长条状的板材721和连接于该板材721并且将一对保持板71向相互面对的方向加载的卡合片722。因此，由于通过一对连接板72，将一对保持部件71向相互接近的方向加载，所以能够切实地由保持部件7保持偏振分离元件21和反射元件22，所以偏振分离元件21和/或反射元件22不会从保持部件7误脱落。

(16)由于卡合片722具有与形成于保持板71的凹部71B卡合的按压部722A，所以连接板72不会偏离保持板71的长度较长方向而脱离。因此，能够防止连接板72从保持板71误偏离。

(17)形成于保持板71且保持偏振分离元件21和/或反射元件22的端部的引导沟71A，由于是俯视成为矩形状的凹部，所以可限制偏振分离元件21和/或反射元件22在保持板71的平面内的移动。因此，从这点，偏振分离元件21和/或反射元件22也不会从保持部件7误脱落。

接下来，基于图38说明本发明的第4实施方式。

第4实施方式其相位差板的数量与第1实施方式不同，其他的结构与第1实施方式相同。

图38是第4实施方式所涉及的偏振变换元件的概略图。

在图38中，偏振变换元件2具备交替配置的偏振分离元件21以及反射元件22和配置于偏振分离元件21的光射出面侧的水晶的相位差板231、232，这些偏振分离元件21、反射元件22以及相位差板231、232的各自的一端部嵌合于保持部件3的凹部(未图示)。

在第4实施方式中，相位差板231和相位差板232两块为一组，以使透射过偏振分离元件21的P偏振光P通过的方式相互并行地配置。

这些相位差板231、232，是分别在波长板的两面设置有反射防止部23B的构造。

对于波长λ的光相位差为Γ1的相位差板231和相位差为Γ2的相位差板232，以各自的晶体光轴交叉的方式配置。这些相位差板231、232，将在波长λ1～λ2(其中λ1＜λ＜λ2)的范围中入射的P偏振光P变换为旋转了90度的S偏振光S而出射。

在将入射的直线偏振光的偏振面与相位差板231的晶体光轴所成的角度设定为光轴方位角θ1，将入射的直线偏振光的偏振面与相位差板232的晶体光轴所成的角度设定为光轴方位角θ2时，光轴方位角θ1与光轴方位角θ2的关系满足下式：

θ2＝θ1+45......(10)

0＜θ1＜45......(11)，

并将波长λ设定为下述范围：

λ1＜λ＜(λ2-λ1)/2+λ1......(12)。

在将相位差Γ1设定为设定值180度，将相位差Γ2设定为设定值180度，将波长λ变化时的相位差板231的相位差的偏移量设定为ΔΓ1，将波长λ变化时的相位差板232的相位差的偏移量设定为ΔΓ2时，以满足下式的方式，从设定值22.5度偏移而设定光轴方位角θ1：

ΔΓ1＝ΔΓ2......(13)。

另外，相位差板231和相位差板232的其他条件为日本专利第4277514号中所记载的那样。

因而，在第4实施方式中，除了产生与第1实施方式的(1)至(9)同样的作用效果以外，还能够产生以下的作用效果。

(18)由于使相位差板由相位差板231和相位差板232这2块构成，所以在液晶投影机所使用的波长区域、例如波长400nm至700nm的区域中，能够提高偏振变换效率。

接下来，基于图39说明本发明的第5实施方式。

第5实施方式其偏振分离元件的结构与第1实施方式不同，其他的结构与第1实施方式相同。

图39是第5实施方式所涉及的偏振分离元件21的偏振分离部210B的立体图。

在图39中，偏振分离元件21的偏振分离部210B由导电电极21E形成，所述导电电极21E通过电介质基板21D支持并包含许多平行的金属线。导电电极21E，其间距或周期是P，单个导体的宽度为W，其厚度为t。入射光IL，以距垂线的角度R入射到偏振分离元件21.入射光IL，作为S偏振光S反射而不衍射，作为P偏振光P透射。在此，周期P、宽度W、厚度t，根据使用的光的频域、其他条件而设定。

因而，根据第5实施方式，除了能够产生与第1实施方式的(1)至(8)同样的作用效果之外，还能够产生以下的作用效果。

(19)由于通过金属线栅构成偏振分离元件210的偏振分离部210B，所以能够简单地制造偏振变换元件。

另外，本发明不限定于前述的实施方式，能够达成本发明的目的以及效果的范围内的变形和/或改进当然包含于本发明的内容。

例如，在前述实施方式中，在偏振分离元件21、反射元件22以及相位差板23、231、232的两面设置有反射防止部21C、22B、23B，但是在本发明中，不需要一定设置反射防止部21C、22B、23B。但是，如果如前述各实施方式那样设置反射防止部21C、22B、23B，则在偏振分离元件21、反射元件22以及相位差板23、231、232中透射的光的量变多。

另外，虽然将偏振变换元件用于了液晶投影机，但是在本发明中，能够利用于液晶投影机以外的投影装置。

进而，反射元件22不需要一定使用水晶，而也可以代替水晶而使用玻璃。并且，在偏振分离元件21、231、232中，对透光性基板21A不需要一定使用水晶，而也可以代替水晶而使用蓝宝石等具有双折射性和旋光性的晶体材料。

进而，在前述实施方式中，将偏振变换元件21相对于入射光IL设定为了大致45(度)或135(度)，但是在本发明中，不限定于此，例如也可以设定为60(度)或120(度)。

本发明能够利用于液晶投影机、其他的投影型影像装置。

Claims (23)

1.一种偏振变换元件，其特征在于，具有：

透光性基板，其配置为相对于入射光成预定角度；

偏振分离部，其在该透光性基板的入射侧表面配置，将入射光分离为相互正交的第1直线偏振光和第2直线偏振光，使前述第1直线偏振光透射，并反射第2直线偏振光；以及

反射元件，其与前述透光性基板大致平行地配置，将由该偏振分离部反射后的前述第2直线偏振光向与透射过了前述偏振分离部的前述第1直线偏振光的光路大致平行的方向反射；

其中，前述透光性基板，包含具有双折射性和旋光性的晶体材料；

透射过前述偏振分离部并入射到前述透光性基板的前述第1直线偏振光，维持着该第1直线偏振光的偏振面而从前述透光性基板的出射侧表面出射；

在前述透光性基板的出射侧配置有相位差板，所述相位差板将透射过了前述透光性基板的前述第1直线偏振光的偏振面变换为与前述第2直线偏振光的偏振面平行，作为第2直线偏振光出射；

在所述偏振分离部与所述反射元件之间不存在透明部件。

2.根据权利要求1所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述预定角度为大致45（度）或135（度）。

3.根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述晶体材料为水晶。

4.根据权利要求3所述的偏振变换元件，其特征在于：

在将投影光轴与前述第1直线偏振光的偏振面所成的角设定为方位角θ时，为θ=0（度），所述投影光轴是将前述透光性基板的晶体光轴投影于与前述入射光的光轴垂直的平面而成的光轴。

5.根据权利要求4所述的偏振变换元件，其特征在于：

在将前述透光性基板的晶体光轴与前述入射光的光轴所成的角设定为交叉角x，将在前述透光性基板的晶体光轴与前述入射光的光轴的交点、向与包含前述晶体光轴和前述入射光的光轴的平面垂直的方向设立的轴设定为中心轴，从与包含前述晶体光轴和前述入射光的光轴的平面垂直的方向看、将绕前述中心轴逆时针旋转的方向设定为正时，前述交叉角x满足：

-90（度）≤x≤+90（度）。

6.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

-90（度）≤x≤-80（度），

y=-0.0058x²-0.9672x-38.858（mm）。

7.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

-80（度）<x≤-55（度），

y=2×10^-6x⁵＋0.0008x⁴＋0.1145x³＋7.9738x²+276.92x+3842.1（mm）。

8.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x满足：

-55（度）<x≤-35（度）。

9.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

-35（度）<x≤-15（度），

y=-4×10^-5x⁴-0.0045x³-0.1828x²-3.1831x-18.449（mm）。

10.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

-15（度）<x≤+5（度），

y=9×10^-6x⁴+0.0002x³+0.0071x²+0.1786x+2.4607（mm）。

11.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

+5（度）<x≤+10（度），

y=-0.5597x+6.3541（mm）。

12.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

+10（度）<x≤+30（度），

y=1×10^-5x⁴-0.0008x³-0.0224x²-0.2833x+2.0276（mm）。

13.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

+30（度）<x≤+35（度），

y=0.3878x-10.931（mm）。

14.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

+35（度）<x≤+75（度），

y=5×10^-9x⁶-2×10-⁶x⁵+0.0002x⁴-0.0176x³+0.7441x²-16.972x+165.72（mm）。

15.根据权利要求5所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述交叉角x和前述透光性基板的板厚的最大值y满足：

+75（度）<x<+90（度），

y=9×10^-5x³-0.0215x²+1.6761x-42.176（mm）。

16.根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述偏振分离部包括金属线栅。

17.根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述偏振分离部包括电介质多层膜。

18.根据权利要求1或2所述的偏振变换元件，其特征在于：

前述反射元件具有水晶板和设置于该水晶板的表面的镜部。

19.一种偏振变换单元，其特征在于，具备：

权利要求1～18中的任意一项所述的偏振变换元件；以及

保持该偏振变换元件的保持部件；

其中，前述保持部件具有：

一对保持板，其分别保持前述透光性基板的两端部和前述反射元件的两端部；以及

一对连接板，其分别连接该一对保持板的两端部。

20.根据权利要求19所述的偏振变换单元，其特征在于：

前述一对保持板与前述一对连接板形成为一体；

在前述一对保持板的相互相对的部分设置有分别引导前述透光性基板和前述反射元件的引导沟；

前述引导沟在前述一对保持板的一侧面分别开口。

21.根据权利要求20所述的偏振变换单元，其特征在于：

前述一对保持板与前述一对连接板分体形成；

前述一对连接板具有将前述一对保持板向相互面对的方向加载的卡合片。

22.一种投影型影像装置，其特征在于，具有：

光源；

偏振变换元件，其是权利要求1～18中的任意一项所述的偏振变换元件，将来自前述光源的光变换为前述第2直线偏振光而出射；

光调制单元，其根据要投影的图像信息对来自前述偏振变换元件的出射光进行调制；以及

投影光学***，其对通过前述光调制单元调制后的光进行投影。

23.根据权利要求22所述的投影型影像装置，其特征在于：

前述光调制单元为液晶面板。