JP4239944B2 - プロジェクタ、及びプロジェクタ等に用いられる偏光部材 - Google Patents

Description

本発明は、画像を投射するプロジェクタ及び偏光調整機能を有することによりプロジェクタ等に用いられる偏光部材に関する。

例えば、液晶ライトバルブを組み込んだタイプのプロジェクタ等において、偏光状態を調整するために、通常、液晶パネルの入射面側及び射出面側には偏光素子が配置される。

偏光素子としては、光吸収型の偏光板が多く用いられるが、光吸収型の偏光板は、耐光性及び耐熱性に劣り寿命が短いという問題があった。このような問題を解決するべく構造複屈折偏光板といった光反射型の偏光板を用いることにより偏光素子の耐光性や耐熱性を向上させるものが知られている（特許文献１参照）。また、特許文献１には、射出側に設けた反射型の偏光板で反射された不要光である反射光が光の入射側に戻り誤動作の原因となることがないように、偏光板からの反射光が入射面側に対して全反射条件を満たすようなプリズムが開示されている。
ＷＯ０１／０５５７７８号公報

しかしながら、プリズム内で生じる２回以上の反射により、反射光の光路はさらに複雑なものとなる。例えば、プリズムの入射面で全反射された後に再び射出側の偏光板で反射される多重反射光についても考える必要がある。この場合、入射面を介してプリズム内に入射する入射光のうち、例えば、入射箇所が排出領域から遠いものは、最終的に多重反射光が排出領域から排出されず入射面側に戻ってしまう可能性があり、これを回避するために、入射時に有効な入射光の領域をプリズム全体に対して狭くするといった対策をしなくてはならないという問題がある。

そこで、本発明は、プリズム内での複数回の反射により光路方向が異なる反射光を処理することにより、小型でありながら、入射光に対して広い有効領域を有する反射型の偏光部材及びこれを用いることにより長寿命であるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る偏光部材は、入射する光のうち所定方向の直線偏光成分を透過し前記所定方向の直線偏光以外の成分を反射する反射型偏光素子と、入射光を入射する光入射面と、光入射面に対して所定の傾き角で配置された光射出面と、前記光射出面に設けられた前記反射型偏光素子によって反射され前記光射出面を介して内部に入射する戻り光を前記光入射面に入射する入射光の光路および前記反射型偏光素子を透過した光の光路に交差しない方向へ排出する光排出面とを有し、前記光排出面が、光射出面を介して内部に入射する戻り光のうち光入射面及び／又は前記反射型偏光素子で異なる回数反射し光路が異なる光が、傾斜方向が逆でも略等しい入射角度で入射し透過する透過領域面を含む戻り光分岐プリズムと、を備える。

上記偏光部材の光入射面から入射した入射光は、光射出面より射出され、所定方向の直線偏光成分以外が、反射型偏光素子によって反射され、戻り光として戻り光分岐プリズム内に入射する。入射した戻り光は、入射位置に依存して当該プリズム内で異なる回数の反射をすることにより、光路が異なる。このうち、例えば、光変調装置が位置する当該プリズムの入射面側に戻る戻り光が存在する可能性がある。しかし、当該プリズムが、入射面側に戻る戻り光を光入射面で全反射させ、この全反射された戻り光を透過させることで光路外へ排出する透過領域を含む光排出面を有し、これらの戻り光が光排出面に対して傾斜方向が逆でも略等しい入射角で入射されることにより、光路方向が異なる戻り光を光入射面から入射光の光路へ戻すことなく処理できる。このような光反射型の偏光素子を、例えばプロジェクタ等の光学装置に用いれば、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ、プロジェクタ等の光学装置の寿命が長くなる。

また、本発明の具体的な態様として、偏光部材が、反射型偏光素子の光路後段に配置され、当該反射型偏光素子を透過した全ての光の前記偏光部材内の光学的光路長が同一となるように調節する光路調整プリズムをさらに備える。この場合、光路調整プリズムによって、反射型偏光素子を透過した光の戻り光分岐プリズム内での光学的光路長差が補正されて偏光部材内での光学的光路長を同一に揃えることが可能となる。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、前記戻り光分岐プリズムは、光排出面の透過領域面が、光射出面に対して垂直である。この場合、光入射面に垂直に入射する光に関しては、光排出面を、戻り光の成分のうち異なる回数の反射により光路方向が異なった複数のものに対して、傾斜方向が逆で略等しい入射角度となるように配置することができる。また、光射出面で反射されて光排出面に直接入射する光は、光排出面で反射され入射光の光路を平行移動した経路を入射時とは逆向きに進行し、外部に排出される。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、前記戻り光の光入射面での反射は全反射である。この場合、反射の回数は、入射光の入射箇所に依存し、また、全反射であることから、反射される光は、光入射面から排出されない。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、戻り光分岐プリズムが、屈折率が１．４１５以上である。この場合、光入射面で、全反射が生じやすくなる。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、反射型偏光素子が、光射出面に対して平行に配置される。この場合、反射型偏光素子で反射された反射光が、戻り光として戻り光分岐プリズムへ再入射する際、戻り光の光路方向が一様に保てる。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、前記戻り光分岐プリズムの光入射面と光射出面とが、ともに矩形であり、所定の傾き角が、矩形の短辺方向間に関して設けられる。この場合、傾き角が矩形の長辺方向間に関して設けられる場合よりも戻り光分岐プリズムを薄くすることができる。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、反射型偏光素子が、光射出面の傾斜方向に対応して相対的に透過性が高くなる偏光成分を選択的に透過させる。この場合、必要光をより効果的に透過させることができ、コントラストを向上させることができる。

また、本発明の偏光部材の具体的な態様として、戻り光分岐プリズムが、光排出面と光射出面とによって形成されるべき稜部分が前記光入射面に平行な面で面取りされて形成された全反射面を備える。この場合、戻り光分岐プリズムを厚くすることなく反射光の光路を制御できる。

本発明に係る第１のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、照明装置からの照明光を変調する光変調装置と、光変調装置の後段に配置されるとともに、前記光変調装置で変調された変調光のうち所定方向の直線偏光のみ透過させて像光を射出する偏光部材と、光変調装置及び前記偏光部材で形成された像光を投射する投射光学系とを備え、前記偏光部材は、前記いずれかの本発明の偏光部材であることを特徴とする。

このように、当該プロジェクタでは、前記本発明の偏光部材の同様の効果を奏するとともに、前記偏光部材は、前記いずれかの本発明の偏光部材であることを特徴とする光反射型の偏光素子を用いることにより、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ長寿命となるだけでなく、省スペースで確実に戻り光の発生を抑えることができる。

また、本発明に係る第２のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、前記照明装置からの照明光を変調する光変調装置と、前記光変調装置の光路前段に配置され、所定方向の直線偏光のみを前記光変調装置に射出する偏光素子と、前記光変調装置の後段に配置されるとともに、前記光変調装置で変調された変調光のうち前記所定方向の直線偏光と直交する方向の直線偏光のみ透過させて像光を射出する偏光部材と前記偏光素子、前記光変調装置及び前記偏光部材で形成された像光を投射する投射光学系とを備え、前記偏光素子は、前記いずれかの本発明の偏光部材であることを特徴とする。

このように、当該プロジェクタでは、前記本発明の偏光部材の同様の効果を奏するとともに、当該偏光部材によって、光変調装置に入射する照明光の偏光方向を特定方向に限定することができ、さらに、光反射型の偏光素子を用いることにより、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ長寿命となる。

また、本発明に係る第３のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、照明光を所定波長ごとに色分離する色分離光学系と、色分離光学系で分離された各色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、前記複数の光変調装置の光路後段にそれぞれ配置されるとともに、前記複数の光変調装置で変調された変調光のうち所定方向の直線偏光のみを透過させて像光を射出する複数の偏光部材と、前記複数の光変調装置及び前記複数の偏光部材で形成された前記各色光それぞれの像光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系で合成された像光を投射する投射光学系とを備え、前記複数の偏光部材のうち少なくとも１つは、前記いずれかの本発明の偏光部材であることを特徴とする。

このように、当該プロジェクタでは、前記本発明の偏光部材の同様の効果を奏するとともに、各色光のうち必要な箇所に光反射型の偏光素子を用いることにより、光吸収型の偏光素子のみを用いた場合に比べ長寿命となるだけでなく、省スペースで確実に戻り光の発生を抑えることができる。また、この場合、当該プロジェクタは、カラー画像を投影することができる。

また、本発明に係る第４のプロジェクタは、照明光を射出する照明装置と、前記照明光を所定波長ごとに色分離する色分離光学系と、前記色分離光学系で分離された各色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、前記複数の光変調装置の光路前段にそれぞれ配置され、所定方向の直線偏光のみを前記光変調装置に射出する複数の偏光素子と、前記複数の光変調装置の光路後段にそれぞれ配置されるとともに、前記複数の光変調装置で変調された変調光のうち前記所定方向の直線偏光と直交する方向の直線偏光のみを透過させて像光を射出する複数の偏光部材と、前記複数の光変調装置及び前記複数の偏光部材で形成された前記各色光それぞれの像光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系で合成された像光を投射する投射光学系とを備え、前記複数の偏光素子のうち少なくとも１つは、前記いずれかの本発明の偏光部材であることを特徴とする。

このように、当該プロジェクタでは、前記本発明の偏光部材の同様の効果を奏するとともに、当該偏光部材によって、光変調装置に入射する照明光の偏光方向を特定方向に限定することができ、さらに、光反射型の偏光素子を用いることにより、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ長寿命となる。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るプロジェクタ５０を説明するための図である。本実施形態に係るプロジェクタ５０は、照明光を形成する照明装置１０と、偏光度を高める偏光子２０と、変調光を形成する光変調装置である液晶パネル２５と、変調光から像光を形成する偏光部材３０と、投射光学系である投射レンズ４０とを備える。照明装置１０、偏光子２０、液晶パネル２５、偏光部材３０および投射レンズ４０を構成する光学素子は、所定の照明光軸を基準に位置決めされている。

照明装置１０は、光源装置１と、レンズアレイ２、３と、偏光変換素子アレイ４と、重畳レンズ５と、フィールドレンズ６とを備える。

光源装置１は、光源ランプと該光源ランプから放射された光を一定方向に揃えて光源光ＷＬを射出するリフレクタとを備える。光源光ＷＬの中心軸は照明光軸と一致する。本例では、光源ランプとして高圧水銀ランプを採用しているが、これ以外にメタルハライドランプやハロゲンランプを採用することもある。また、本例では、リフレクタとして放物面鏡を採用しているが、楕円面鏡からなるリフレクタの射出面に平行化凹レンズを配置した構成も採用することもできる。

レンズアレイ２は、照明光軸に直交する面内に配列される複数の小レンズを備える。レンズアレイ２の各小レンズの輪郭形状は、液晶パネル２５の画像形成領域の形状と略相似形をなすように設定される。例えば、液晶パネル２５の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズのアスペクト比も４：３に設定される。

レンズアレイ３は、レンズアレイ２と略同様の構成であり、照明光軸に直交する面内に配列された小レンズを備える。

偏光変換素子アレイ４は、照明光軸に対して傾斜配置される偏光分離膜および反射膜を交互に配列した構成を備える。

偏光子２０は、サファイアガラス等の基板に偏光膜が設けられた構成を備える。

液晶パネル２５は、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、図示を略したが、対向配置される一対の透明基板内に液晶が密封封入されたパネル本体を、保持枠内に収納して構成される。

偏光部材３０は、詳しくは後述するが、戻り光分岐プリズム３１と、反射型偏光素子３２と、光路調整プリズム３３とを備える。

投射レンズ４０は、筒状の筐体内に複数のレンズが収納された組レンズを備える。

以下、画像形成の手順に従って、本実施形態におけるプロジェクタ５０を説明する。

光源装置１は、該光源ランプから放射された光を一定方向に揃えて光源光ＷＬを射出する。

レンズアレイ２は、光源装置１より射出された光源光ＷＬを部分光束に分割する。

レンズアレイ３は、重畳レンズ５とともに、レンズアレイ２によって分割された各部分光束を液晶パネル２５の画像形成領域上に重畳させて液晶パネル２５の画像形成領域上での照明光の光量分布を均一化する。

偏光変換素子アレイ４は、レンズアレイ３からの各部分光束の偏光方向を１種類の直線偏光光に偏光変換する。偏光変換素子アレイ４で１種類の直線偏光に変換された各部分光束は、重畳レンズ５によって液晶パネル２５の画像形成領域上に重畳される。

フィールドレンズ６は、レンズアレイ３から射出された部分光束を照明光軸に対して略平行な光束に変換することによって、照明光ＳＬの偏光子２０への入射角度が調整され、照明光ＳＬとして照明装置１０より偏光子２０へ射出される。

偏光子２０に入射した照明光ＳＬは、偏光子２０が液晶パネル２５で変調される一定方向の直線偏光のみを透過し一定方向の直線偏光以外の光を吸収することによって偏光方向がより狭い範囲に限定され、偏光度が高められた状態で、液晶パネル２５に入射する。

液晶パネル２５は、画像情報に応じて照明光ＳＬを変調し変調光ＭＬを形成する。形成された変調光ＭＬは、偏光部材３０により所定方向の直線偏光のみが透過される。なお、偏光子２０で透過される直線偏光の方向と、偏光部材３０で透過される直線偏光の方向とは互いに直交するように設定されている。液晶パネル２５で変調された変調光ＭＬは、まず、液晶パネル２５の光路後段側に配置されている偏光部材３０の戻り光分岐プリズム３１に入射する。戻り光分岐プリズム３１を透過した変調光ＭＬは、次に、反射型偏光素子３２に入射する。ここで、入射した変調光ＭＬの偏光成分のうち、必要光である所定方向の直線偏光成分（例えば紙面に対して垂直な偏光光）は、反射型偏光素子３２を透過し、光路調整プリズム３３によって偏光部材３０を透過する全ての光束の光学的光路長が同一となるように調整される。

一方、入射した変調光ＭＬの偏光成分のうち、不要光である所定方向の直線偏光成分以外の光は、反射型偏光素子３２で反射され、反射型偏光素子３２での反射光が、戻り光ＲＬとして戻り光分岐プリズム３１に再入射する。再入射した戻り光ＲＬは、戻り光分岐プリズム３１が有する機構により、液晶パネル２５側に戻ることなく変調光ＭＬの光路外に排出される（詳しくは後述する。）。本実施形態のプロジェクタ５０では、光反射型偏光素子３２を用いているので、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ、発熱量が低く、長寿命となる。

投射レンズ４０は、偏光子２０、液晶パネル２５および偏光部材３０により形成された光学像を投射光としてスクリーン等に所望の拡大率で投影する。

また、本実施形態では、反射型偏光素子３２を備える偏光部材３０を液晶パネル２５の後段に設けたが、反射型偏光素子を用いた同様の偏光部材を液晶パネル２５の前段に用いることも可能である。この場合、偏光部材３０と同様の構成を有し、偏光部材３０が透過する直線偏光の方向と直交する方向の直線偏光を透過する反射型偏光素子を用いた偏光部材を偏光子２０に置き換えて設置することによって、偏光子２０と同様に液晶パネル２５で変調される直線偏光の方向をより狭い範囲に限定し、偏光度を高めることができるだけでなく、その耐久性を高めることができる。

図２は、図１のプロジェクタ５０に用いられている偏光部材３０を説明するための図である。既述のように、偏光部材３０は、戻り光分岐プリズム３１と、反射型偏光素子３２と、光路調整プリズム３３とを備える。

戻り光分岐プリズム３１は、三角柱プリズムであり、液晶パネル２５に対向し、液晶パネル２５からの変調光ＭＬが略垂直に入射する入射領域ＡＩを含む光入射面３４と、光入射面３４に対して所定の傾き角である頂角θで配置された光射出面３５と、光射出面３５を介して内部に入射する戻り光ＲＬを変調光ＭＬの光路外へ排出する透過領域面ＡＴを含む光排出面３６とを備える。これら三面によって戻り光分岐プリズム３１の側面が形成されている。また、光射出面３５と光排出面３６とがなす角を底角αとし、特に、本実施形態において、底角αは９０°とする。即ち、光排出面３６は、光射出面３５に対して垂直である。尚、戻り光ＲＬを排出する領域であって、光入射面３４上の入射領域ＡＩ外を透過領域ＡＴ′とする。

反射型偏光素子３２は、戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５に対して平行に配置されている。特に、本実施形態では、サファイア等の透明板に反射型偏光層が設けられた反射型偏光素子３２が戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５に貼付されているものとする。

また、光路調整プリズム３３は、反射型偏光素子３２を透過した透過光ＴＬが入射する入射面３７と、光路調整プリズム３３を透過した透過光ＴＬを射出する射出面３８とを備える。入射面３７は、反射型偏光素子３２に対して平行になるように、また、射出面３８は戻り光分岐プリズム３１の光入射面３４と平行になるように構成されている。特に、本実施形態においては、光路調整プリズム３３は入射面３７が反射型偏光素子３２に貼付されているものとする。

尚、光路調整プリズム３３は、戻り光分岐プリズム３１の屈折率ｎと同一の屈折率を有し、入射面３７と射出面３８とがなす角φが頂角θに等しい。光路調整プリズム３３により、戻り光分岐プリズム３１の光入射面３４から入射し光路調整プリズム３３の射出面３８から射出される光束の全ての偏光部材３０内の光学的光路長が同一となるように揃えることが可能となる。さらに、射出面３８は戻り光分岐プリズム３１の光入射面３４と平行であるから、戻り光分岐プリズム３１の光入射面３４から入射した必要光である直線偏光成分が光路調整プリズム３３によって屈折すること無く射出される。

また、光路調整プリズム３３の屈折率が戻り光分岐プリズム３１の屈折率ｎと異なる場合には、角φを適宜調節することによって透過光ＴＬの光学的光路長を揃えればよい。

なお、本実施形態では、反射型偏光素子３２はサファイア等の透明板に反射型偏光層が設けられた構成とし、反射型偏光素子３２の光入射面に戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５を、光射出面に光路調整プリズム３３の入射面３７を貼付する構成としたが、戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５および光路調整プリズム３３の入射面３７のいずれか一方に対して反射型偏光層を直接成膜し、又は、偏光シートを直接貼付し、他方を接着させる構成としても良い。

以下、変調光ＭＬの入射領域ＡＩへの入射位置ごとにおける各光路に関し、主に、反射型偏光素子３２での反射光である戻り光ＲＬを辿ることによって、本実施形態における像光の形成方法の特徴について説明する。特に、本実施形態において問題となるのは、戻り光ＲＬの処理である。つまり、不要光である戻り光ＲＬが、液晶パネル２５の画像形成領域に戻らないようにすることが肝要である。

図２において、戻り光分岐プリズム３１の底角αをなす光射出面３５と光排出面３６との稜を含む光入射面３４に垂直な面を分岐面ＤＬとする。分岐面ＤＬは、光入射面３４を、液晶パネル２５からの変調光ＭＬが略垂直に入射する入射領域ＡＩと、戻り光ＲＬを排出する領域の１つである透過領域ＡＴ′とに分岐する。従って、液晶パネル２５は、図２中分岐面ＤＬの下方側に位置することになる。つまり、戻り光ＲＬは、透過領域ＡＴ′から排出される場合、分岐面ＤＬに交差しない方向に向けられることにより液晶パネル２５への影響をあたえず処理される。つまり、戻り光ＲＬは、透過領域ＡＴ′で分岐面ＤＬに平行若しくは図２中上方すなわち液晶パネル２５から遠ざかる方向に排出され、光学系外へ導かれる。

ここで、変調光ＭＬは、液晶パネル２５から射出され、光入射面３４に対して、垂直に入射するものとする。変調光ＭＬのうち、底角αに近いほうから順に変調光ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３とする。即ち、変調光ＭＬ１は、図２を参照して、図面上入射領域ＡＩの上方側に位置し、変調光ＭＬ２は、入射領域ＡＩの中央付近にあり、変調光ＭＬ３は、入射領域ＡＩの下方側に位置する。

まず、光入射面３４に入射した変調光ＭＬ１は、光射出面３５から射出され、このうち必要光である直線偏光成分は、反射型偏光素子３２を透過し、これにより得られた透過光ＴＬは、光路調整プリズム３３によって光学的光路長が調整される。一方、入射した変調光ＭＬ１の偏光成分のうち、不要光である成分は、反射型偏光素子３２で反射され、戻り光ＲＬ１となって戻り光分岐プリズム３１内に戻ってくる。この戻り光ＲＬ１は、光排出面３６の透過領域面ＡＴで反射される。透過領域面ＡＴで反射された戻り光ＲＬ１は、底角αが９０°であることから、入射光である変調光ＭＬ１に平行、即ち分岐面ＤＬに平行となり、液晶パネル２５に戻ることなく透過領域ＡＴ′から排出し、吸光体に入射させる等の処理が施される。

次に、光入射面３４に入射した変調光ＭＬ２は光射出面３５から射出され、このうち必要光である直線偏光成分は、反射型偏光素子３２を透過し、これにより得られた透過光ＴＬは、光路調整プリズム３３によって光学的光路長が調整される。一方、入射した変調光ＭＬ２の偏光成分のうち、不要光である成分は、反射型偏光素子３２で反射され、戻り光ＲＬ２となって戻り光分岐プリズム３１内に戻ってくる。ここで、戻り光ＲＬ２が液晶パネル２５に戻らないように、戻り光ＲＬ２を光入射面３４において全反射するように戻り光分岐プリズム３１は構成されている。この際、戻り光ＲＬ２の光入射面３４に対する入射角は２θである。従って、戻り光分岐プリズム３１は、全反射条件として、頂角θ及び屈折率ｎについて以下の条件（１）

を満たしている。即ち、頂角θを小さくするには屈折率ｎの大きな物質を戻り光分岐プリズム３１に用いる必要がある。この条件（１）が満たされるとき、戻り光ＲＬ２は、光入射面３４において全反射される。全反射された戻り光ＲＬ２は、光排出面３６の透過領域面ＡＴに入射する。このときの光排出面３６に対する戻り光ＲＬ２の入射角ψの角度は（１８０°―α）―３θとなる。特に、本実施形態では、α＝９０°としているので、ψ＝９０°―３θとなる。ここで、戻り光ＲＬ２は、光排出面３６上で全反射されないように戻り光分岐プリズム３１は構成されている。なぜなら、光排出面３６で全反射された場合、反射された戻り光ＲＬ２は、戻り光分岐プリズム３１内で迷光となってしまい。液晶パネル２５に戻ってきてしまう可能性があるからである。従って、入射角ψは、全反射しないために、条件

を満たし、ψ＝９０°―３θであるから、この条件は、

と同値である。これを条件（２）とする。従って、これらの条件（１）、（２）が満たされる条件下において戻り光ＲＬ２は、液晶パネル２５に戻ることなく排出し、吸光体に入射させる等の処理が施される。

次に、光入射面３４に入射した変調光ＭＬ３は光射出面３５から射出され、このうち必要光である直線偏光成分は、反射型偏光素子３２を透過し、これにより得られた透過光ＴＬは、光路調整プリズム３３によって光学的光路長が調整される。一方、入射した変調光ＭＬ３の偏光成分のうち、不要光である成分は、反射型偏光素子３２で反射され、戻り光ＲＬ３となって戻り光分岐プリズム３１内に戻ってくる。ここで、変調光ＭＬ２と変調光ＭＬ３とは反射型偏光素子３２に対して同一角度で入射するので反射型偏光素子３２で反射され戻り光分岐プリズム３１に入射された戻り光ＲＬ２と戻り光ＲＬ３とは同一角度で光入射面３４に入射する。従って、上述したように戻り光ＲＬ２が全反射する条件（１）を満たす戻り光分岐プリズム３１において、光入射面３４に入射した戻り光ＲＬ３は液晶パネル２５側に戻らずに、戻り光ＲＬ２の場合と同様に光入射面３４において全反射される。さらに、光入射面３４において全反射された戻り光ＲＬ３は、再び戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５から射出され、反射型偏光素子３２により反射される。反射型偏光素子３２で反射され再び戻り光分岐プリズム３１に戻った戻り光ＲＬ３は、光排出面３６の透過領域面ＡＴに入射する。このときの光排出面３６に対する入射角ξの角度はα―３θとなる。特に、本実施形態では、α＝９０°としているので、ξ＝９０°―３θとなる。ここで、戻り光ＲＬ３は、戻り光ＲＬ２のときと同様、光排出面３６上で全反射されないように戻り光分岐プリズム３１は構成されている。ここで、入射角ψと入射角ξとは、それぞれψ＝（１８０°―α）―３θ、ξ＝α―３θで求められ、本実施形態では底角αを９０°としているので、入射角ψ及び入射角ξともに、ψ＝（９０°）―３θ、ξ＝９０°―３θで求められ、すなわち、ψ＝ξである。従って、上述したように戻り光ＲＬ２が全反射しない条件（２）を満たす戻り光分岐プリズム３１において、光排出面３６に入射した戻り光ＲＬ３は光排出面３６で全反射せずに射出される。

なお、底角αを９０°以外にした場合、戻り光ＲＬ２と戻り光ＲＬ３のうち一方の光排出面３６への入射角の角度は小さくなるが、もう一方の入射角の角度は大きくなってしまう。入射角の角度が大きくなると全反射が起こりやすくなる。従って、底角αを９０°とするのが最適な条件であり、実用上底角αを９０°又は略９０°とすることが望ましい。

従って、上述した条件（１）、（２）が満たされる戻り光分岐プリズム３１において、戻り光ＲＬ３は、液晶パネル２５に戻ることなく光排出面３６から排出され、吸光体に入射させる等の処理が施される。

以上、反射型偏光素子３２によって反射され戻り光分岐プリズム３１に戻った戻り光ＲＬ２、ＲＬ３を光入射面３４において全反射する条件を考慮し、さらに、底角αを好適には９０°又は略９０°とすることにより、光排出面３６に対する各戻り光ＲＬの傾斜方向が逆で、略等しい入射角度となるように配置された状態で、反射型偏光素子３２での反射光すなわち不要光成分が光排出面３６の透過領域面ＡＴから排出されるので、光路方向が異なる不要光成分を液晶パネル２５に戻すことなく変調光ＭＬの光路外へ排出し、吸光体に入射させる等の処理が施される。

尚、頂角θの値によって戻り光分岐プリズム３１内での戻り光ＲＬの全反射の回数が定まり、例えば、頂角θが２２．５°未満である場合等においては、上述した戻り光に対しさらにもう一度又は二度以上戻り光分岐プリズム内で全反射をする可能性もあるが、この場合も同様に考察することができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来技術と知られている偏光部材の例である。各偏光部材３０ａ、３０ｂは、それぞれ、戻り光分岐プリズム３１ａ、３１ｂと、反射型偏光素子３２ａ、３２ｂと、光路調整プリズム３３ａ、３３ｂとを備える。尚、戻り光分岐プリズム３１ａ、３１ｂの形状を除いては同様の構造を有するので、同様の部分については説明を割愛する。

図３（ａ）において、戻り光分岐プリズム３１ａは、光入射面３４ａと光排出面３６ａとのなす角度が垂直である。この場合、反射型偏光素子３２ａで反射された戻り光ＲＬ２ａ、ＲＬ３ａは、戻り光分岐プリズム３１ａに戻り、光入射面３４ａで全反射されるように、戻り光分岐プリズム３１ａは、頂角θ′及び戻り光分岐プリズム３１ａの屈折率ｎ′について本実施形態と同様に以下の条件

を満たしている。

さらに、戻り光ＲＬ３ａは、入射角ξａで光排出面３６ａに入射し、反射型偏光素子３２ａで反射され戻り光分岐プリズム３１ａに戻り、直接光排出面３６ａに入射する戻り光ＲＬ１ａおよび上述した戻り光ＲＬ２ａは、光排出面３６ａの垂線に対して互いに傾斜方向が逆で略等しい入射角ψａで光排出面３６ａに入射する。

ここで、光入射面３４ａと光排出面３６ａとのなす角度が垂直である戻り光分岐プリズム３１ａは、戻り光ＲＬ３ａの光排出面３６ａへの入射角ξａはξａ＝９０°−４θ′で求められ、戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの光排出面３６ａに対する入射角ψａはψａ＝９０°―２θ′で求められる。従って、戻り光ＲＬ３ａの光排出面３６ａへの入射角ξａに比べ戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの光排出面３６ａへの入射角ψａの方が大きくなり、戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａは戻り光ＲＬ３ａよりも光排出面３６ａにおいて全反射が起こりやすくなる。もし戻り光ＲＬ１ａが光排出面３６ａで反射された場合は、光排出面３６ａで反射された戻り光ＲＬ１ａは液晶パネルに向かって偏光部材３０ａから射出される。また、もし戻り光ＲＬ２ａが光排出面３６ａで反射された場合は、反射型偏光素子３２ａで反射され液晶パネルに向かって偏光部材３０ａから射出される。

図４は、図３（ａ）で示された戻り光分岐プリズム３１ａにおける戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの下記に示す条件（１）′、（２）′に関するグラフである。横軸を戻り光分岐プリズム３１ａの屈折率ｎ′、縦軸を頂角θ′とする。この場合、光入射面３４ａで戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａが全反射する条件（１）′は、

となる。この不等式の右辺をθ_１としたものが図４のグラフ上に示されている。また、光排出面３６ａで戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａが全反射しない条件（２）′は、戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの光排出面３６ａに対する入射角ψａがψａ＝９０°―２θ′であることから、

となる。この不等式の右辺をθ_２としたものが図４のグラフ上に示されている。つまり、頂角θ′が満たすべき条件は、グラフ上、θ′≧θ_１かつ、θ′≧θ_２の領域となる。従って、グラフから読み取れるように、屈折率ｎ′が１．４１５未満であれば、条件（１）′で求められるθ_１の値が条件（２）′で求められるθ_２の値よりも大きくなり、頂角θ′は、条件（１）′さえ満たせばよいが、逆に、屈折率ｎ′が１．４１５以上であれば、条件（２）′で求められるθ_２の値が条件（１）′で求められるθ_１の値よりも大きくなり、頂角θ′は、条件（２）′を満たさなければいけない。

しかし、戻り光分岐プリズム３１ａの屈折率ｎ′が１．４１５未満であれば、条件（１）′が条件（２）′よりも厳しくなり、条件（１）′さえ満たせばよいことになるが、実用上１．４１５程度および１．４１５未満の屈折率であるプリズムを製造するには、材質が非常に限られる。また、屈折率が小さいとプリズムでは光入射面３４ａで戻り光ＲＬ２ａ、ＲＬ３ａが全反射を起こし難くなるので、条件（１）′を満たすために頂角θ′をある程度大きくしなくてはいけない。一方、屈折率が大きいプリズムでは光排出面３６ａで戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａが全反射しやすくなるので、条件（２）′を満たすために頂角θ′を大きくしなくてはいけない。

すなわち、偏光部材３０ａでは、頂角θ′を小さくしようとすると、条件（１）′または条件（２）′のどちらかが満たされなくなる。または、条件（２）′を戻り光ＲＬ３ａが光排出面３６ａで全反射しない条件として入射角ξａからθ_２を求めるようにすれば、戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの入射角ψａから求めた場合よりもθ_２の値が小さくでき、頂角θ′を小さくすることができるが、戻り光ＲＬを偏光部材３０ａから液晶パネルに向かって射出させなため、液晶パネルからの変調光の不要光が戻り光ＲＬ１ａ、ＲＬ２ａの光路を辿らないように、液晶パネルからの変調光が入射する領域を制限する必要があり、その結果、液晶パネルからの変調光の入射領域を確保するために偏光部材３０ａを厚くしなければならなくなる。

ここで、反射型偏光素子３２ｂで反射され光入射面３４ｂで全反射されて光排出面３６ｂから排出される戻り光ＲＬ２ｂを光排出面３６ｂから効率よく排出するための方法として、図３（ｂ）のような偏光部材３０ｂが知られている。図３（ｂ）において、戻り光分岐プリズム３１ｂは、反射型偏光素子３２ｂで反射され光入射面３４ｂで全反射されて光排出面３６ｂから排出される戻り光ＲＬ２ｂが光排出面３６ｂに対して垂直に入射し透過して排出されるような底角α′に設計されている。

しかし、この場合、偏光部材３０ｂでは、反射型偏光素子３２ｂで反射されて光入射面３４ｂで全反射されて再び反射型偏光素子３２ｂで反射されて光排出面３６ｂに入射する戻り光ＲＬ３のような光路を辿るものは、光排出面３６ｂで全反射されやすくなってしまい、光入射面３４ｂのうち、戻り光ＲＬ３の発生源である変調光ＭＬ３が入射する領域を使わない等の制限をかける必要が生じ得る。このように入射領域が限られると、プリズムを厚くしなくてはいけない。また、戻り光分岐プリズム３１ｂの場合、垂直となる箇所を持たないため、製造も複雑になる。

尚、図４のグラフ中θ_３、θ_４は、それぞれ、変調光ＭＬが光入射面３４ａの垂線に対して角度幅を持って光入射面３４ａに入射した場合の条件（１）′、（２）′について同様に考察したものであるが、この場合もやはり屈折率の値が１．４１５の場合を境界として考慮すべき条件が変わる。

これまでの説明において、液晶パネル２５からの変調光ＭＬは、光入射面３４、３４ａ、３４ｂに対して基本的に垂直であるとして説明したが、ここでは、変調光ＭＬが光入射面３４，３４ａ，３４ｂの垂線に対して角度幅を有する場合について具体的に説明する。

図５は、本実施形態において、変調光ＭＬ２、ＭＬ３が光入射面３４の垂線に対して角度幅を有する場合の偏光部材３０内の光路について説明するための図である。この場合、光入射面３４の垂線に対して角度幅を有する変調光ＭＬは、光入射面３４から戻り光分岐プリズム３１に入射した後、屈折する。光入射面３４に対する屈折角を屈折角βとして、変調光ＭＬ２、ＭＬ３が光入射面３４に垂直に入射する場合と同様に戻り光ＲＬ２、ＲＬ３について辿る。この場合、戻り光ＲＬ２は、合計２回、戻り光ＲＬ３は、３回反射された後（全反射を含む）、光排出面３６の透過領域面ＡＴより透過射出される。この際、反射型偏光素子３２で反射された戻り光ＲＬ２、ＲＬ３の光入射面３４に対する入射角は２θ―βである。従って、この場合、光入射面３４での全反射条件はともに、

となる。また、光排出面３６で全反射しないための条件は、入射角をそれぞれ入射角ζ、ηとすると、

となる。ここで、ζ＝（１８０°―α）―３θ＋βであり、η＝α―３θ＋βである。さらに、α＝９０°であるから、ζ＝η＝９０°―３θ＋βとなり、戻り光ＲＬ２、ＲＬ３が光排出面３６で全反射しない戻り光分岐プリズム３１の条件はともに、

と同値である。従って、これらの条件（３）、（４）が満たされる条件下において戻り光ＲＬ２、ＲＬ３は、液晶パネル２５側に戻ることなく排出され、処理される。また、入射角ζ、ηの条件式から分かるように、先に説明した変調光ＭＬが光入射面３４に垂直に入射した場合と同様、底角αを９０°以外にした場合、一方の入射角の角度は小さくなるが、もう一方の角度は大きくなってしまう。入射角の角度が大きくなると全反射が起こりやすくなる。従って、底角αを９０°とするのが最適な条件であり、実用上底角αを９０°又は略９０°とすることが望ましい。また、上述の条件（１）、（２）と比較して、この場合、それぞれ屈折角βを含む右辺末項の分だけ条件が厳しくなっていることが分かる。

尚、図５では、変調光ＭＬの角度幅を光入射面３４の垂線に対して一方の傾斜、図中下向きにしているが、光入射面３４の垂線に対して他の方向からの傾斜、例えば図中上向きであっても同様に考察可能である。また、実用上当該角度幅は、±１５°前後であり、これに伴う屈折角βの角度は、８°ほどである。

〔第２実施形態〕
第１実施形態におけるプロジェクタ５０は、所謂単板式のものであるが、第２実施形態では、三板式のプロジェクタに光反射型の偏光部材３０を用いる場合について説明する。

図６は、本実施形態に係るプロジェクタ２５０の構造を説明するための図である。プロジェクタ２５０は、照明光ＳＬを形成する照明装置２１０と、照明光ＳＬを特定波長ごとの色光に分離する色分離光学系２２０と、各色ごとに像光を形成する光変調装置、さらにこれらを合成して合成光を形成する色合成光学系を備える投射光形成光学系２７０と、形成された合成光を投射光としてスクリーン等に所望の拡大率で投影する投射光学系である投射レンズ２４０とを備える。照明装置２１０、色分離光学系２２０、投射光形成光学系２７０および投射レンズ２４０を構成する光学素子は、所定の照明光軸を基準に位置決めされている。

照明装置２１０は、光源装置２０１と、レンズアレイ２０２、２０３と、偏光変換素子アレイ２０４と、重畳レンズ２０５と、ミラー２０６とを備える。光源装置２０１は、光源光ＷＬを発生し、レンズアレイ２０２，２０３と、重畳レンズ２０５とは、後述する投射光形成光学系２７０に備えられる液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂの画像形成領域での光量を光束断面内で均一化する。ミラー２０６は、光源光ＷＬの光路変更を行う。

色分離光学系２２０は、ミラー５５、５６、５７と、ダイクロイックミラー５８、５９と、リレーレンズ６０、６１と、フィールドレンズ６２、６３、６４とを備える。ダイクロイックミラー５８、５９は、ガラス基板等の透明基板に誘電体多層膜をコーティングしたものである。

投射光形成光学系２７０は、色分離光学系２２０で分離された各色光の偏光度を高める偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂと、各偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂから射出された各色光を変調し変調光を形成する光変調装置である各色の液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂと、各液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂで変調された変調光から像光を形成する偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂと、各色の像光を合成して合成光を形成する色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２８０とを備える。液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いたものであり、図示を略したが、対向配置される一対の透明基板内に液晶が密封封入されたパネル本体を、保持枠内に収納して構成される。クロスダイクロイックプリズム２８０は、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。尚、偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂは、それぞれ、戻り光分岐プリズムと、反射型偏光素子と、光路調整プリズムとを備えるが、第１実施形態での同名のものと同様の機能を有するので図面上での記載及び説明を割愛する。

投射レンズ２４０は、筒状の筐体内に複数のレンズが収納された組レンズを備える。

以下、画像形成の手順に従って、プロジェクタ２５０の機能を説明する。図６において、光源装置２０１からの光源光ＷＬは、まず、レンズアレイ２０２を透過する。その後、光源光ＷＬは、ミラー２０６で反射され、さらに、レンズアレイ２０３、偏光変換素子アレイ２０４及び重畳レンズ２０５を透過する。ここで、レンズアレイ２０２、２０３及び重畳レンズ２０５は、光源光ＷＬが後述する投射光形成光学系２７０に備えられる液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂの画像形成領域での光量を光束断面内で均一化するはたらきがある。また、光源光ＷＬに含まれている光は、全てミラー２０６で反射されることによって方向転換される。以上によって光源光ＷＬより照明光ＳＬが形成され、色分離光学系２２０に入射する。照明装置２１０の光源装置２０１と、レンズアレイ２０２、２０３と、偏光変換素子アレイ２０４と、重畳レンズ２０５とは、先に説明した第１実施形態の照明装置１０の光源装置１と、レンズアレイ２、３と、偏光変換素子アレイ４と、重畳レンズ５と同様の構成でるため詳細な説明は省略する。

色分離光学系２２０に入射した照明光ＳＬは、第１のダイクロイックミラー５８の誘電体多層膜によって、照明光ＳＬが、赤色光ＲＬと、青色光ＢＬ及び緑色光ＧＬを含む光とに分離される。

さらに、緑色光ＧＬ及び青色光ＢＬを含む光は、第２のダイクロイックミラー５９によって緑色光ＧＬと青色光ＢＬとに分離される。第２のダイクロイックミラー５９は、緑色光ＧＬを反射し、青色光ＢＬを透過する特性を持つ。

以上のダイクロイックミラー５８、５９の機能により、照明光ＳＬは、波長帯ごとに赤色光ＲＬ、緑色光ＧＬ、青色光ＢＬに分離される。

ダイクロイックミラー５８を透過した赤色光ＲＬは、反射ミラー５５で反射され、集光素子としてのフィールドレンズ６２を通って、赤色用の偏光子２７１ｒ及び液晶パネル２７２ｒに入射する。前記フィールドレンズ６２は、レンズアレイ２０３から射出された各部分光束を照明光軸に対して略平行な光束に変換する。他の液晶パネル２７２ｇ、２７２ｂの光入射側に設けられたフィールドレンズ６３、６４も同様である。

ダイクロイックミラー５９によって反射された緑色光ＧＬは、フィールドレンズ６３を通って、緑色用の偏光子２７１ｇ及び液晶パネル２７２ｇに入射する。

一方、ダイクロイックミラー５９を透過した青色光ＢＬは、リレーレンズ６０、６１を通り、さらにフィールドレンズ６４を通って、青色用の偏光子２７１ｂ及び液晶パネル２７２ｂに入射する。

リレーレンズ６０、６１と、反射ミラー５６、５７とでリレー光学系が構成され、ダイクロイックミラー５８、５９で分離された色光である青色光ＢＬを液晶パネル２７１ｂまで導く機能を有している。

尚、本実施形態では、ダイクロイックミラー５８から青色光ＢＬが入射する偏光子２７１ｂまでの青色光ＢＬの幾何学的光路長は、ダイクロイックミラー５８から緑色光ＧＬが入射する偏光子２７１ｇまでの緑色光ＧＬの幾何学的光路長及びダイクロイックミラー５８から赤色光ＲＬが入射する偏光子２７１ｒまでの赤色光ＲＬの幾何学的光路長より長くなっている。よって、青色光にリレー光学系が用いられているのは、青色光ＢＬの光路の幾何学的長さが他の色光の光路の幾何学的長さよりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するため青色光ＢＬの補正が必要となり、かかる補正のためにリレーレンズ６０、６１等が青色光の光路中に設けられている。すなわち、リレーレンズ６０に入射した光束をそのまま、フィールドレンズ６４に伝えるためである。

色分離光学系２２０で分離された各色光は、３枚の液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂ、偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂ、および偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂによって画像情報に応じて変調されて光学像を形成する。

偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂに入射された各色光ＲＬ、ＧＬ、ＢＬは、偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂが液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂで変調される一定方向の直線偏光のみを透過し一定方向の直線偏光以外の光を吸収することによって偏光方向がより狭い範囲に限定され、偏光度が高められた状態で、液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂに入射する。液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂは、画像情報に応じて、各色ＲＬ、ＧＬ、ＢＬを変調し変調光ＭＬを形成する。形成された変調光ＭＬは、第１実施形態と同様にして、偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂによって必要光である所定方向の直線偏光成分がクロスダイクロイックプリズム２８０へと射出され、不要光である偏光成分が光路外に排出される。なお、偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂで透過される直線偏光の方向と、偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂで透過される直線偏光方向とは互いに直交するように設定されている。

さらに、各色ごとに形成された像光は、クロスダイクロイックプリズム２８０によって合成され、クロスダイクロイックプリズム２８０で合成された各液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂからの像光は、投射レンズ２４０によってスクリーン等に投影され、当該スクリーン上に所望の拡大率のカラー合成画像が表示される。

本実施形態のプロジェクタ２５０では、光反射型の偏光素子を用いているので、光吸収型の偏光素子を用いた場合に比べ、長寿命となる。

尚、本実施形態では、反射型偏光素子を備える偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂを液晶パネル２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂの光路後段側に設けたが、反射型偏光素子を用いた偏光部材を光変調装置の光路前段側に用いることも可能である。この場合、偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂと同様の機構を持つ反射型の偏光部材を偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂに置き換えて設置することになり、このような反射型の偏光部材が有する偏光の透過・反射特性によって偏光子２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂと同様に偏光方向をより狭い範囲に限定し、偏光度を高めることができるだけでなく、その耐久性を高めることができる。

尚、本実施形態では、各色光の全ての光路上に反射型偏光素子を備える偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂを用いているが、光路によっては、特に寿命等に問題を生じなければ、いずれかの偏光部材２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂを光吸収型の偏光素子に適宜置き換えても構わない。例えば、青色光ＢＬの光路のみ偏光部材２７３ｂを用い、他色の光路上には偏光部材２７３ｒ、２７３ｇを光吸収型の偏光素子に置き換える、としてもよい。

〔第３実施形態〕
図７は、第３実施形態における液晶パネル２５及び偏光部材３０を模式的に示す斜視図である。この場合、液晶パネル２５は、横長の矩形形状であるものとし、これにより形成される変調光ＭＬも横長の矩形であるものとする。また、偏光部材３０の戻り光分岐プリズム３１において、光入射面３４と光射出面３５とは、ともに矩形であり、変調光ＭＬの形状に合わせて光入射面３４内の入射領域ＡＩが形成されている。

ここで、頂角θは、横長の矩形の短辺Ｅ２、Ｅ３の方向に関して設けられている。つまり、矩形の光入射面３４の一方の長辺Ｅ１を矩形の光射出面３５となす稜として光入射面３４と光射出面３５とのなす角度を頂角θとなるように戻り光分岐プリズム３１を形成する。これにより、光入射面３４と光射出面３５とが接する稜が矩形の長辺に設けられるように戻り光分岐プリズム３１を形成する場合の方が、光入射面３４の一方の短辺（例えば短辺Ｅ２）を矩形の光射出面３５と接する稜として光入射面３４と光射出面３５のなす角度を頂角θとなるように戻り光分岐プリズム３１を形成する場合よりも、同じ頂角θを有するより薄い戻り光分岐プリズム３１を作製することができる。

図８は、反射型偏光素子３２において反射・透過する変調光ＭＬの偏光成分について説明するための図である。変調光ＭＬに含まれる偏光方向の異なる各偏光成分をそれぞれ、点線の矢印及び黒点によって表している。一般に、戻り光分岐プリズム３１の光射出面３５や光路調整プリズム３３の入射面３７は、その傾斜方向対応してその面に交差する方向の直線偏光成分（点線の矢印）を透過させやすく、面に平行な方向の直線偏光成分（黒点）を反射しやすい。また、反射型偏光素子３２は、微細構造のパターン方向によって、入射光の各偏光成分に対する透過・反射特性が異なるという性質を持つ。従って、黒点の偏光方向を持つものを戻り光ＲＬ、点線の矢印の偏光方向をもつものを透過光ＴＬとなるように設定するとともに、反射型偏光素子３２に設けた微細構造のパターンの向きもこれに応じて合わせることにより、必要光である透過光ＴＬをより効果的に透過させることができ、コントラストを向上させることができる。

〔第４実施形態〕
図９は、前記実施形態の戻り光分岐プリズムを変形した第４実施形態の戻り光分岐プリズム３３１を備える偏光部材３３０を説明するための図である。以下、本実施形態の戻り光分岐プリズム３３１の形状について述べる。以下の説明では、第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。

戻り光分岐プリズム３３１は、光入射面、光排出面及び光射出面の三面からなる三角柱形状のプリズムの戻り光分岐プリズム３１に対して、光排出面と光射出面とによって形成されるべき稜部分（図中点線部）を例えば面取りされている点が異なる。尚、ここで、戻り光分岐プリズム３１と同様に光排出面と光射出面とがなす角度は、直角であるものとする。面取りによってあらたに形成された面を全反射面３３９とする。全反射面３３９は、光入射面３３４に対して平行である。また、面取りによって残った光射出面３３５と、不図示の反射型偏光素子とは、第１実施形態と同様に形状が合うように設計されている。

戻り光分岐プリズム３３１のような形状である場合、例えば、戻り光ＲＬ１が排出される透過領域ＡＴ′と、入射領域ＡＩとを離すことができる。これにより、不要光である戻り光ＲＬ１を不図示の液晶パネルからさらに遠ざける、といった反射光の光路の制御ができる。また、全反射面３３９が、光入射面３３４に対して平行であるように面取りすることで、戻り光分岐プリズム３３１は、戻り光分岐プリズム３１に比べ、厚くならない。尚、各戻り光ＲＬは、光入射面３３４の透過領域ＡＴ′、光排出面３３６の透過領域面ＡＴより排出され、吸光体に入射させる等の処理が施される。尚、全反射面３３９に入射する戻り光ＲＬは、条件（１）により全反射されるが、全反射後の光路は、戻り光ＲＬ１と平行となるので、同様に扱われる。

〔第５実施形態〕
図１０は、前記実施形態の光路調整プリズムを変形した第５実施形態の光路調整プリズムを説明するための図である。以下、本実施形態の光路調整プリズムの形状について述べる。なお、以下の説明では、第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。

図１０（ａ）は、前実施形態１の戻り光分岐プリズム３１及び反射型偏光素子３２と本実施形態の光路調整プリズム３３３ａとを備える偏光部材３３０ａを示す。

偏光部材３３０ａの光路調整プリズム３３３ａは戻り光分岐プリズム３１と同一である。従って、部品の種類が減り、量産などの場合に有利である。

図１０（ｂ）は、前実施形態１の戻り光分岐プリズム３１及び反射型偏光素子３２と本実施形態の光路調整プリズム３３３ｂとを備える偏光部材３３０ｂを示す。

偏光部材３３０ｂの光路調整プリズム３３３ｂは、戻り光分岐プリズム３１の光入射面３４と同一平面を形成しうる面である位置調整面３４０を有する四角柱である。従って、反射型偏光素子３２を介して戻り光分岐プリズム３１と光路調整プリズム３３３ｂを組み合わせる際に、戻り光分岐プリズム３１と光路調整プリズム３３３ｂとの位置あわせが容易となる。さらに、光路調整プリズム３３３ｂの位置調整面３４０と射出面３３８ｂとが平行であり、位置調整面３４０と射出面３３８ｂとに垂直な底面３４１を有する光路調整プリズム３３３ｂは、偏光部材３３０ｂをプロジェクタ等に組み込む場合に位置決めおよび固定が容易である。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

前記実施形態では、青色光をリレー光学系に通し、青色光の光路の幾何学的長さを他の色光の光路の幾何学的長さよりも長く設定したが、これに限らず、たとえば、赤色光をリレー光学系に通すような構成としてもよい。

さらに、前記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを説明したが、本発明では、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。

第１実施形態に係るプロジェクタを説明するための図である。 第１、第２実施形態のプロジェクタに用いる偏光部材を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来技術の偏光部材を説明するための図である。 従来技術の各条件について説明するためのグラフである。 変調光が角度幅を有する場合について説明するための図である。 第２実施形態に係るプロジェクタを説明するための図である。 偏光部材を示す斜視図である。 反射型光学素子を反射・透過する偏光成分について説明するための図である。 第４実施形態に係る戻り光分岐プリズムを説明するための図である。 前記実施形態とは異なる

符号の説明

５０、２５０…プロジェクタ、 １０、２１０…照明装置、 ２０、２７１ｒ、２７１ｇ、２７１ｂ…偏光子、 ２５、２７２ｒ、２７２ｇ、２７２ｂ…液晶パネル、 ３０、２７３ｒ、２７３ｇ、２７３ｂ…偏光部材、 ４０、２４０…投射レンズ、 ３１…戻り光分岐プリズム、 ３２…反射型偏光素子、 ３３…光路調整プリズム、 ＡＩ…入射領域、 ＡＴ…透過領域面、 ３４、３３４…光入射面、 ３５、３３５…光射出面、 ３６、３３６…光排出面、 θ…頂角、 α…底角、 β…屈折角

Claims (12)

1. 入射する光のうち所定方向の直線偏光成分を透過し前記所定方向の直線偏光以外の成分
   を反射する反射型偏光素子と、
   入射光を入射させる光入射面と、前記光入射面に対して所定の傾き角で配置された光射
   出面と、前記光射出面に設けられた前記反射型偏光素子によって反射され前記光射出面を
   介して内部に入射する戻り光を前記光入射面に入射する入射光の光路および前記反射型偏
   光素子を透過した光の光路に交差しない方向へ排出する光排出面とを有する戻り光分岐プ
   リズムと、
   を備え、
   前記光射出面と前記光排出面とのなす角度に相当する底角は、９０°又は略９０°であ
   り、
   前記光排出面は、前記光射出面を介して内部に入射する戻り光のうち、前記光入射面及
   び／又は前記反射型偏光素子で異なる回数反射され光路が異なる光が、傾斜方向が逆でも
   略等しい入射角度で入射し透過する透過領域面を含む
   ことを特徴とする偏光部材。
2. 前記反射型偏光素子の光路後段に配置され、当該反射型偏光素子を透過した全ての光の
   前記偏光部材内の光学的光路長が同一となるように調節する光路調整プリズムをさらに備
   えることを特徴とする請求項１記載の偏光部材。
3. 前記戻り光の前記光入射面での反射は全反射であることを特徴とする請求項１および請
   求項２のいずれか一項記載の偏光部材。
4. 前記戻り光分岐プリズムは、屈折率が１．４１５以上であることを特徴とする請求項１
   から請求項３のいずれか一項記載の偏光部材。
5. 前記反射型偏光素子は、前記光射出面に対して平行に配置されることを特徴とする請求
   項１から請求項４のいずれか一項記載の偏光部材。
6. 前記戻り光分岐プリズムの前記光入射面と前記光射出面とは、ともに矩形であり、前記
   所定の傾き角は、前記矩形の短辺方向間に関して設けられることを特徴とする請求項１か
   ら請求項５のいずれか一項記載の偏光部材。
7. 前記反射型偏光素子は、前記光射出面の傾斜方向に対応して相対的に透過性が高くなる
   偏光成分を選択的に透過させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項記
   載の偏光部材。
8. 前記戻り光分岐プリズムは、前記光排出面と前記光射出面とによって形成されるべき稜
   部分が前記光入射面に平行な面で面取りされて形成された全反射面を備えることを特徴と
   する請求項１から請求項７のいずれか一項記載の偏光部材。
9. 照明光を射出する照明装置と、
   前記照明装置からの照明光を変調する光変調装置と、
   前記光変調装置の光路後段に配置されるとともに、前記光変調装置で変調された変調光
   のうち所定方向の直線偏光のみ透過させて像光を射出する偏光部材と、
   前記光変調装置及び前記偏光部材で形成された像光を投射する投射光学系とを備え、
   前記偏光部材は、請求項１から請求項８のいずれか一項記載の偏光部材であることを特
   徴とするプロジェクタ。
10. 照明光を射出する照明装置と、
    前記照明装置からの照明光を変調する光変調装置と、
    前記光変調装置の光路前段に配置され、所定方向の直線偏光のみを前記光変調装置に射
    出する偏光素子と、
    前記光変調装置の光路後段に配置されるとともに、前記光変調装置で変調された変調光
    のうち前記所定方向の直線偏光と直交する方向の直線偏光のみ透過させて像光を射出する
    偏光部材と、
    前記偏光素子、前記光変調装置及び前記偏光部材で形成された像光を投射する投射光学
    系とを備え、
    前記偏光素子は、請求項１から請求項８のいずれか一項記載の偏光部材であることを特
    徴とするプロジェクタ。
11. 照明光を射出する照明装置と、
    前記照明光を所定波長ごとに色分離する色分離光学系と、
    前記色分離光学系で分離された各色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、
    前記複数の光変調装置の光路後段にそれぞれ配置されるとともに、前記複数の光変調装
    置で変調された変調光のうち所定方向の直線偏光のみを透過させて像光を射出する複数の
    偏光部材と、
    前記複数の光変調装置及び前記複数の偏光部材で形成された前記各色光それぞれの像光
    を合成する色合成光学系と、
    前記色合成光学系で合成された像光を投射する投射光学系とを備え、
    前記複数の偏光部材のうち少なくとも１つは、請求項１から請求項８のいずれか一項記
    載の偏光部材であることを特徴とするプロジェクタ。
12. 照明光を射出する照明装置と、
    前記照明光を所定波長ごとに色分離する色分離光学系と、
    前記色分離光学系で分離された各色光をそれぞれ変調する複数の光変調装置と、
    前記複数の光変調装置の光路前段にそれぞれ配置され、所定方向の直線偏光のみを前記
    光変調装置に射出する複数の偏光素子と、
    前記複数の光変調装置の光路後段にそれぞれ配置されるとともに、前記複数の光変調装
    置で変調された変調光のうち前記所定方向の直線偏光と直交する方向の直線偏光のみを透
    過させて像光を射出する複数の偏光部材と、
    前記複数の光変調装置及び前記複数の偏光部材で形成された前記各色光それぞれの像光
    を合成する色合成光学系と、
    前記色合成光学系で合成された像光を投射する投射光学系とを備え、
    前記複数の偏光素子のうち少なくとも１つは、請求項１から請求項８のいずれか一項記
    載の偏光部材であることを特徴とするプロジェクタ。

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