偏振變換元件、偏振變換單元以及投影型影像裝置的制作方法

專利名稱：偏振變換元件、偏振變換單元以及投影型影像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及偏振變換元件、具備該偏振變換元件的偏振變換單元以及投影型影像
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
液晶投影機等投影型影像裝置，根據圖像信息對從光源裝置射出的光進行調制， 并將該調制后的光學像放大投影在屏幕上。在該液晶投影機中，為了提高光的利用效率，將從光源裝置出射的具有無規則偏振光(偏振面相互正交的P偏振光與S偏振光和/或偏振面的方向各種各樣的直線偏振光混合存在而成的光)的光(以下，稱為無規則光)分割為多個中間光束，并為了將該分割后的中間光束變換統一為I種直線偏振光并出射而使用偏振變換元件。偏振變換元件，是將偏振分離膜與反射膜交替配置于透明部件內部而形成偏振分束器陣列，并在該偏振分束器陣列的表面設置相位差板而成的構造。相位差板，在透明部件的光射出面側、在與偏振分離膜對應的位置按每預定間隔配置有多個(專利文獻I)。以往，作為相位差板，有時使用有機系材料、例如聚碳酸酯膜制的1/2波長板，該 1/2波長板與偏振分束器陣列通過有機系粘接劑粘接。作為該偏振變換元件的制造方法，將在兩主面分別形成有偏振分離膜和反射膜的無色透明的玻璃等透光性基板多層地進行層疊而制作層疊體，并且在相對于入射面例如以 45度的角度切斷而得到的透鏡陣列的出射面，通過粘接劑粘貼有1/2波長板。這樣制造的偏振變換元件，以組裝到俯視矩形狀的框架的狀態，搭載于液晶投影機的光學引擎內(專利文獻2)。白色光源燈的高輸出化、短弧光長度化發展，偏振分束器陣列以及粘接于該偏振分束器陣列的1/2波長板的熱負荷也增大，考慮作為構成1/2波長板的材料使用水晶而構成。在此，有下述液晶投影機在使1/2波長板粘接于偏振分束器陣列的出射側側面而配置的情況下使用的情況下，作為粘接劑，使用耐熱、耐光性能優異的紫外線固化性樹脂或無機系材料的粘接劑，無需由冷卻風扇進行的強制空氣冷卻(專利文獻3)。并且，有下述偏振變換單元由于在使水晶制1/2波長板與偏振分束器陣列組合時相互的平坦度和/或定位等問題，具備包括多個偏振分離膜、多個反射膜和透光性部件而構成的偏振分離元件(偏振分束器)，并具備多個相位差板，進而具備將前述相位差板的端部粘貼在透光性部件的光束射出側的間隔件部件，所述多個偏振分離膜相對于入射光束傾斜配置且將該入射光束分離為2種直線偏振光束，所述多個反射膜交替地平行配置于各偏振分離膜之間且對由偏振分離膜分離后的某一種直線偏振光束進行反射，所述透光性部件被設置這些偏振分離膜以及反射膜，所述多個相位差板通過水晶部件形成且將由偏振分尚膜分尚后的某一種直線偏振光束的偏振面變換為另一種直線偏振光束的偏振面(專利文獻4)。在此，間隔件部件，優選可以實現粘接體的重新粘貼和/或使偏振分離元件陣列與相位差板的間隙的尺寸G處于O. 01彡G彡O. 3mm的范圍。
近年來，伴隨著作為光學部件的長壽命化的要求增進，產生了粘接劑的劣化的問題。為了解決該問題，提出有下述接合方法作為將玻璃和/或水晶等2塊透光性基板接合的手段，通過等離子聚合法成膜為接合膜，該接合膜在表面包含硅氧烷(Si-O)鍵，且該接合膜包含結晶度為45%以下的Si骨架和由與該Si骨架結合的有機基構成的脫離基， 通過對該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脫離基從前述Si骨架脫離，由此通過在接合膜的表面的前述區域顯現的粘接性，將前述2塊透光性基板接合(專利文獻5)。并且，以往，提出有下述偏振變換元件具有光入射面和與該光入射面大致平行的光出射面，沿著這些光入射面和光出射面配置多個透光性部件、偏振分離膜、反射膜、相位板以及等離子聚合膜，在多個透光性部件之中的一部分透光性部件的傾斜面設置有偏振分離膜和反射膜的某一個，在透光性部件的傾斜面的表面、偏振分離膜的表面以及反射膜的表面的至少某一個面設置有等離子聚合膜(專利文獻6)。在該專利文獻6的現有例子中， 通過等離子聚合膜，對相鄰的透光性部件與反射膜之間、相鄰的透光性部件與相位板之間、 相鄰的相位板與偏振分離膜之間的至少某一個進行分子接合，等離子聚合膜其主要材料設定為聚硅氧烷。但是，在專利文獻6的現有例子中，由等離子聚合膜形成的接合膜由膜厚為數十 rim的極薄膜構成，若在使用等離子聚合法將該接合膜形成于透光性基板的表面的過程中在透光性基板的表面附著灰塵和/或污垢等附著物，則由于附著物的高度遠遠高于接合膜的膜厚，所以會以附著有附著物的區域為中心在預定的區域無法將透光性基板彼此接合，氣泡等會混入該領域，存在著在光學特性上和/或接合可靠性、產品壽命上產生大的不良影響的問題。因此，作為不使用等離子聚合膜的現有例子，有專利文獻7的例子。在該專利文獻 7中，光學塊構成為對于在基板上紋刻設置的溝安裝PBS (偏振分離元件)、鏡體以及1/2波長板等光學部件。PBS通過對玻璃板表面蒸鍍例如TiO2等而形成，相對于光的入射方向以預定的角度壓入安裝于基板。鏡體，通過對長方形的玻璃板表面蒸鍍例如鋁和/或電介質多層膜等而能夠反射所入射的光。并且，以將由PBS分離并反射后的S波向出射側反射的角度安裝于基板。1/2波長板，通過將1/2相位差膜粘貼于長方形的玻璃板而形成，所述1/2 相位差膜通過對例如聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸乙二醇酯膜進行單軸延伸而成。并且，安裝于入射由鏡體反射后的S波的位置，使其偏振為P波并出射。這樣，通過PBS、鏡體、 1/2波長板等構成光學塊，由此能夠將入射進來的包含P波(P偏振光)和S波(S偏振光) 的無規則偏振光統一為僅P波(P偏振光)并出射，并且能夠將光學塊的入射側面積與出射側面積設定為大致相同。水晶不僅具有雙折射性，而且還具有旋光性，所公知的是，該旋光性存在著對水晶制波長板的相位差特性產生影響的問題。對于該問題，提出有下述1/4波長板將由具有旋光能的光學晶體材料構成的2個波長板以各自的晶體光軸按預定角度交叉的方式配置層疊，使用龐加萊(Poincare)球分析偏振光的軌跡，將兩波長板的雙折射相位差、光軸方位角度、旋光能以及旋轉軸與中性軸所成的角的關系構成為滿足利用近似式求得的預定的關系式，由此嘗試降低由旋光能引起的影響，在寬頻帶中使特性變得良好(專利文獻8)。
進而，關于由水晶等無機材料構成的I塊波長板，提出有下述優異的光學特性的 1/4波長板由具有雙折射性以及旋光性且對于短波長高輸出的藍紫色激光器發揮充分的耐光性、可靠性的水晶等無機材料的晶體板形成，且可以使橢圓率成為最佳、即0.9以上的高的值或實質上接近于I (專利文獻9)。專利文獻I特開2000-298212號公報
專利文獻2特許第3610764號公報
專利文獻3特開2009-103863號公報
專利文獻4特許第4329852號公報
專利文獻5特許第4337935號公報
專利文獻6特開2010-60770號公報
專利文獻7再公表W098/23993號公報
專利文獻8特開2005-158121號公報
專利文獻9特開2010-134414號公報
在專利文獻7所示的現有例子中，前述PBS由于通過在玻璃基板的表面蒸鍍電介
質多層膜等而形成偏振分離膜，所述電介質多層膜通過交替地反復層疊TiO2 (高折射率材料)和SiO2(低折射率材料)而成，所以不僅有可能由因熱膨脹系數的差異引起的熱變形引起前述玻璃基板與前述偏振分離膜的界面處的剝離，而且對玻璃板的散熱性也有限制， 無法充分地滿足耐熱性和/或長壽命化的高要求。因此，考慮散熱效果，考慮代替玻璃基板而將水晶板用于前述PBS，但是由于水晶不僅具有雙折射性而且還具有旋光性，所以僅將玻璃板置換為水晶板，僅從與入射的直線偏振光的偏振面的關系出發以不產生相位差的方式確定晶體光軸的方位，達不到解決旋光性的問題的程度，存在著對于前述入射的直線偏振光會產生因旋光能引起的光學作用的問題。在此，對通過應用關注于旋光能對相位差產生的影響的專利文獻8和/或專利文獻9所示的現有例子中所嘗試的技術思想而實現可以對入射的P偏振光不產生任何光學作用而使之透射的偏振分離元件進行了研究，但是通過將涉及用于改善水晶制1/4波長板所具有的旋光能對于雙折射相位差的影響的旋光能補償技術的這些專利文獻8和/或專利文獻9所記載的技術思想原樣應用于專利文獻7而實現本申請發明人們所揭示的問題的解決是困難的。

發明內容
本發明在于提供能夠構造變得緊湊且實現耐熱性和/或長壽命化的偏振變換元件、偏振變換單元以及投影型影像裝置。[應用例I]本應用例所涉及的偏振變換元件，具有透光性基板，其配置為相對于入射光成預定角度；偏振分離部，其在該透光性基板的入射側表面配置，將入射光分離為相互正交的第 I直線偏振光和第2直線偏振光,使前述第I直線偏振光透射，并反射第2直線偏振光；以及反射元件，其與前述透光性基板大致平行地配置，將由該偏振分離部反射后的前述第2直線偏振光向與透射過了前述偏振分離部的前述第I直線偏振光的光路大致平行的方向反射；其中，前述透光性基板，包含具有雙折射性和旋光性的晶體材料；透射過前述偏振分離部并入射到前述透光性基板的前述第I直線偏振光，維持著該第I直線偏振光的偏振面而從前述透光性基板的出射側表面出射；在前述透光性基板的出射側配置有相位差板，所述相位差板將透射過了前述透光性基板的前述第I直線偏振光的偏振面變換為與前述第2直線偏振光的偏振面平行，作為第2直線偏振光出射。在該結構的本應用例中，由將偏振分離部設置于透光性基板而構成的偏振分離元件和反射元件構成透鏡陣列，所以不需要設置于其間的玻璃等透明部件，構造變得緊湊。而且，由于作為透光性基板而使用熱傳導率比玻璃高的晶體材料，所以與以往比較能夠提高散熱效果，實現耐熱性和/或長壽命化。并且，由于晶體材料具有雙折射性和旋光性，所以存在著在光軸方向傳輸的直線偏振光的振動面隨著光的行進而扭曲，偏振狀態變化從而偏振變換效率下降的問題，但是在本應用例中，由于透射過了偏振分離部并入射到透光性基板的第I直線偏振光維持著該第I直線偏振光的偏振面而從透光性基板的出射側表面出射，所以能夠消除偏振狀態的變化。[應用例2]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述預定角度為大致45 (度)或135 (度)。在該結構的本應用例中，由于能夠通過偏振分離部使第2直線偏振光相對于入射光以大致直角朝向反射元件反射，所以能夠將由反射元件反射的光線向與第I直線偏振光的光路大致平行的方向反射。[應用例3]本應用例所涉及的偏振變換兀件，其中如述晶體材料為水晶。在該結構的本應用例中，通過作為晶體材料而使用與藍寶石等晶體材料相比能夠低價獲得的水晶，能夠低價提供偏振變換元件。[應用例4]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中在將投影光軸與前述第I直線偏振光的偏振面所成的角設定為方位角Θ時，為Θ = O(度)，所述投影光軸是將前述透光性基板的晶體光軸投影于與前述入射光的光軸垂直的平面而成的光軸。在該結構的本應用例中，由于Θ =0(度)，所以能夠以不產生由直線雙折射性引起的相位差Γ (Γ =0)的條件，容易地設定偏振變換效率高的透光性基板。[應用例5]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中在將前述透光性基板的晶體光軸與前述入射光的光軸所成的角設定為交叉角X，將在前述透光性基板的晶體光軸與前述入射光的光軸的交點、向與包含前述晶體光軸和前述入射光的光軸的平面垂直的方向設立的軸設定為中心軸，從與包含前述晶體光軸和前述入射光的光軸的平面垂直的方向看、將繞前述中心軸逆時針旋轉的方向設定為正時，前述交叉角X滿足-90(度)< +90(度)。在該結構的本應用例中，通過將交叉角X設定為滿足_90(度)彡X彡+90(度)， 能夠切實地使透射過偏振分離部并入射到透光性基板的第I直線偏振光維持著第I直線偏振光的偏振面而從透光性基板的出射側表面出射。[應用例6]
本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:-90 (度)< X 彡-80 (度)，y = -O. 0058χ2-0. 9672χ_38· 858 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例7]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:-80 (度)< X 彡-55 (度)，y = 2 X 1(Γ6χ5+0· 0008x4+0. 1145χ3+7. 9738χ2+27 6. 92χ+3842. I (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例8]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X滿足-55(度)
<X ^ _35 (度)。在該結構的本應用例中，在交叉角X為前述條件下，特別地，隨著接近于-45 (度)， 無論板厚的最大值I如何，都能夠得到良好的偏振變換效率。也就是說，在交叉角X為前述條件下，透光性基板的板厚沒有限制，能夠設定為任意的厚度。[應用例9]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:-35(度)< X 彡 _15(度)，y = -4X 1(Γ5χ4-0· 0045χ3_0· 1828χ2_3· 1831χ_18 449(mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例10]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:-15 (度)<χ 彡+5(度)，y = 9X 1(Γ6χ4+0· 0002χ3+0. 0071χ2+0. 1786χ+2. 4 607(mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例11]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足+5 (度)< X 彡 +10 (度)，y = -O. 5597x+6. 3541 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例12]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:+10 (度)< X 彡 +30 (度)，y = IX 1(Γ5χ4-0· 0008χ3_0· 0224χ2_0· 2833χ+2. 0276 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。
[應用例13]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 I 滿足+30 (度)< X ≤ +35 (度)，y = O. 3878χ-10. 931 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例14]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 I 滿足:+35 (度)〈X ≤+75(度)，y = 5X 1(Γ9χ6_2 X 1(Γ6 χ5+0. 0002χ4_0· 0176χ3+
O.7441χ2-16. 972χ+165. 72 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例15]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述交叉角X和前述透光性基板的板厚的最大值 y 滿足:+75(度)< X < +90(度)，y = 9Χ10_5χ3-0· 0215χ2+1· 6761χ-42· 176 (mm)。在該結構的本應用例中,在交叉角X為前述條件的情況下，通過將板厚的最大值y 設定為前述的范圍，能夠得到良好的偏振變換效率。[應用例16]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述偏振分離部包括金屬線柵。在該結構的本應用例中，通過由金屬線柵形成偏振分離部，能夠簡單地制造偏振變換元件。[應用例17]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述偏振分離部包括電介質多層膜。在該結構的本應用例中，通過由電介質多層膜形成偏振分離膜，能夠簡單地制造偏振變換元件。[應用例18]本應用例所涉及的偏振變換元件，其中前述反射元件具有水晶板和設置于該水晶板的表面的鏡部。在該結構的本應用例中，由于設置鏡部的板材不是玻璃而是水晶，所以與透光性基板一起用反射元件，也能夠提高散熱效果，進一步實現耐熱性和/或長壽命化。[應用例19]本應用例所涉及的偏振變換單元，具備前述結構的偏振變換元件；以及保持該偏振變換元件的保持部件；其中，前述保持部件具有一對保持板，其分別保持前述透光性基板的兩端部和前述反射元件的兩端部；以及一對連接板，其分別連接該一對保持板的兩端部。在該結構的本應用例中，由于能夠將具備透光性基板以及偏振分離部而構成的偏振分離元件和反射元件緊湊地收置于保持部件，所以操作方便。[應用例20]本應用例所涉及的偏振變換單元，其中前述一對保持板與前述一對連接板形成為一體；在前述一對保持板的相互相對的部分設置有分別引導前述透光性基板和前述反射元件的引導溝；前述引導溝在前述一對保持板的一側面分別開口。在該結構的本應用例中，由于僅通過將前述偏振分離元件和前述反射元件分別沿著引導溝插入便可組裝偏振變換單元，所以組裝工作變得容易。[應用例21]本應用例所涉及的偏振變換單元，其中前述一對保持板與前述一對連接板分體形成；前述一對連接板具有將前述一對保持板向相互面對的方向加載的卡合(接合)片。在該結構的本應用例中，通過一對連接板，將一對保持部件向相互接近的方向加載而切實地保持偏振分離元件和反射元件，能夠防止偏振分離元件和/或反射元件從偏振分離單元脫落。[應用例22]本應用例所涉及的投影型影像裝置，具有光源；偏振變換元件，其是前述的結構的偏振變換元件，將來自前述光源的光變換為前述第2直線偏振光而出射；光調制單元，其根據要投影的圖像信息對來自前述偏振變換元件的出射光進行調制；以及投影光學系統， 其對通過前述光調制單元調制后的光進行投影。在該結構的本應用例中，由于偏振變換元件的偏振變換效率高，所以能夠提供投影精度高的投影型影像裝置。[應用例23]本應用例所涉及的投影型影像裝置，其中前述光調制單元為液晶面板。在該結構的本應用例中，能夠提供能夠產生前述的效果的液晶投影機。


圖I是本發明的第I實施方式所涉及的偏振變換元件的概略圖。圖2㈧是構成偏振分離元件的水晶板的端面圖，⑶是表示水晶板的一部分的主視圖。圖3是表示水晶的波長板的光軸方位、板厚、切斷角度的關系的圖，(A)是端面圖， (B)是立體圖。圖4是表示用于說明圖3的原理的龐加萊球的概略圖。圖5是用于說明折射角度Φ的概略圖。圖6是切斷角度q為O度的情況下的透光性基板的示意圖。圖7是表示切斷角度q為O度的情況下的O度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖8是切斷角度q為15度的情況下的透光性基板的示意圖。圖9是表示切斷角度q為15度的情況下的O度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖10是切斷角度q為30度的情況下的透光性基板的示意圖。圖11是表示切斷角度q為30度的情況下的O度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖12是切斷角度q為45度的情況下的透光性基板的示意圖。圖13是表示切斷角度q為45度的情況下的O度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖14是切斷角度q為60度的情況下的透光性基板的示意圖。圖15是表示切斷角度q為60度的情況下的O度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖16是切斷角度q為75度的情況下的透光性基板的示意圖。
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圖17是表示切斷角度q為75度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖18是切斷角度q為90度的情況下的透光性基板的示意圖。圖19是表示切斷角度q為90度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線圖。圖20是切斷角度q為105度的情況下的透光性基板的示意圖。圖21是表示切斷角度q為105度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線 圖。圖22是切斷角度q為120度的情況下的透光性基板的示意圖。圖23是表示切斷角度q為120度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線 圖。圖24是切斷角度q為135度的情況下的透光性基板的示意圖。圖25是表示切斷角度q為135度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線 圖。圖26是切斷角度q為150度的情況下的透光性基板的示意圖。圖27是表示切斷角度q為150度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線 圖。圖28是切斷角度q為165度的情況下的透光性基板的示意圖。圖29是表示切斷角度q為165度的情況下的0度方向強度(透射特性)的曲線 圖。圖30是表示交叉角x與容許的板厚yo的最大值y的關系的曲線圖。圖31 (A)是表示交叉角x為-90度的狀態的概略圖，⑶是表示交叉角x為-45度 的狀態的概略圖，(C)是表示交叉角x為0度的狀態的概略圖。圖32是組裝有本發明的第2實施方式的液晶投影機的概略結構圖。圖33是表示第2實施方式所涉及的偏振變換單元的立體圖。圖34(A)是保持部件的俯視圖，(B)是保持部件的剖面圖。圖35是表示保持部件的一部分的分解立體圖。圖36是表示本發明的第3實施方式所涉及的偏振變換單元的立體圖。圖37是表示保持部件的一部分的分解立體圖。圖38是本發明的第4實施方式所涉及的偏振變換元件的概略圖。圖39是本發明的第5實施方式所涉及的偏振分離元件的立體圖。符號說明1、4、6...偏振變換單元，2...偏振變換元件，3、4、7...保持部件，21、231、
232...偏振分尚兀件，21A.. 透光性基板，21B...偏振分尚部，22A...水晶板,22B...鏡 部，23、231、232.相位差板，51、71...保持板，51A、71A...引導溝，52、72...連接板，
100...液晶投影機(投影型影像裝置)，111...光源裝置，140...光調制裝置(光調制 單元)，1411 、1416、1418...透射型液晶面板，150...投影光學裝置(投影光學系統)， 210B...偏振分離部，722...卡合片，722A...按壓部，IL...入射光，0L...出射光， P0...晶體光軸，P. . . P偏振光(第1直線偏振光)，S. . . S偏振光(第2直線偏振光), x...交叉軸，q...切斷角度。
具體實施例方式基于

本發明的實施方式。在此，在各實施方式中，相同的構成要素附有相同符號而省略或簡化說明。在圖I至圖31中表示第I實施方式。圖I表不第I實施方式的概略。在圖I中，第I實施方式的偏振變換單兀I具備偏振變換兀件2和保持該偏振變換元件2的保持部件3。保持部件3是俯視矩形狀的例如合成樹脂制的板材。偏振變換元件2具備交替配置的偏振分離元件21以及反射元件22、配置于偏振分離元件21的光射出面側的相位差板23，這些偏振分離元件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(未圖示)。在圖I中，偏振分離元件21以及反射元件22，夾著保持部件3的中心在左右各配置多塊、例如2塊，其中，相對于中心配置于左側的偏振分離元件21以及反射元件22和配置于右側的偏振分離元件21以及反射元件22，相對于前述中心以對稱關系配置。偏振分離元件21具有透光性基板21A，其以其入射側主表面以及出射側主表面相對于入射光IL成預定角度、在本實施方式中為45度的方式配置；偏振分離部21B,其在該透光性基板21A的入射側表面將入射光IL分離為相互正交的第I直線偏振光即P偏振光P和第2直線偏振光即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，其分別設置于偏振分離部21B的表面和配置有該偏振分離部21B的透光性基板 21A的與入射光IL所入射的一側的主面相反側的主面(出射側的主面)。透光性基板21A，由具有雙折射性和旋光性的水晶形成為俯視矩形的板狀。偏振分離部21B，包括電介質多層膜，該電介質多層膜通過以預定的順序以及光學膜厚形成例如包含氧化硅(SiO2)的低折射率層和例如包含氧化鋁(Al2O3)的高折射率層并在光學上設定為面內均勻而成。反射防止部21C，例如通過對交替地依次層疊二氧化硅和氧化鈦而成的電介質多層膜等物質進行蒸鍍而形成。反射兀件22,使由偏振分尚部2IB分尚、反射后的S偏振光S向與透射過偏振分尚部2IB的P偏振光P的光路大致平行的方向反射，該反射元件22具有水晶板22k和在該水晶板22k的表面設置的鏡部22B。鏡部22B，例如包括通過蒸鍍二氧化硅、氧化鈦等物質而形成的多層膜。相位差板23具有1/2波長板23A，其配置于透光性基板2IA的出射側，將透射過透光性基板21A的P偏振光P的偏振面變換為與S偏振光S的偏振面成為平行；以及設置于該1/2波長板23A的兩面的反射防止部23B。該反射防止部23B與設置于偏振分離元件 21的反射防止部21C相同。透光性基板2IA的概略結構示于圖2。圖2⑷是從端面觀察的透光性基板2IA的概略圖，圖2(B)是表不透光性基板21A的一部分的主視圖。在圖2(A)中，透光性基板21A，其板厚為yo，入射光IL入射于其，并作為出射光OL 透射。入射光IL以發散角為+α至-α的范圍入射。與入射光IL對應，出射光OL也以發散角為+α至-α的范圍出射。正交于透光性基板21Α的主面的法線PL與晶體光軸PO所成的角度為切斷角度q。
透光性基板21A的晶體光軸PO與入射光IL的光軸所成的角為交叉角X。偏振分離元件21的透光性基板21A，由于是具有雙折射性和旋光性的水晶板，所以需要以出射光OL相對于入射光IL的偏振變換效率變高的方式進行設計。關于達成該設計的原委，基于圖3以及圖4進行說明。圖3表示水晶的波長板的光軸方位、板厚、切斷角度的關系，(A)是端面圖，(B)是立體圖。一般地，作為用于設計包含水晶的波長板的參數，有以光軸方位Θ、切斷角度q設定的旋光能及以板厚yo設定的相位差r。在此，以龐加萊球進行定義。如圖2所示，本發明人們，設定晶體光軸PO，研究不產生由直線雙折射性引起的相位差Γ的晶體板的結構，進而，研究了將也抑制了由圓雙折射性引起的相位差2P、所謂由旋光性引起的偏振光的旋轉的光學元件應用于偏振變換元件。在將投影光軸與P偏振光P的偏振面所成的角設定為方位角Θ時，若以Θ = 0(度)的方式配置水晶板，則直線雙折射相位差Γ為0，所述投影光軸通過將晶體板的晶體光軸PO投影于與入射光IL的光軸垂直的平面而成。將方位角Θ固定為0(度)，對由與旋光能對應的2q引起的對相位差Γ’(與板厚yo對應)的影響度反復模擬和實驗，并進行了評價、檢驗。在圖4中，示出用于說明偏振狀態的龐加萊球的概略結構。在圖4中，首先，在SI軸上且在赤道上設定直線偏振光Pl的偏振位置。將SI軸在赤道上旋轉2 Θ而設定為Rl軸，將該Rl軸立起切斷角度2q而設定為R2軸，使該R2軸旋轉與相位差Γ對應的角度而使Pl變為P2。為了使該P2成為所期望的偏振狀態，調整光軸方位Θ、切斷角度q、相位差Γ。在本實施方式中，將切斷角度q定義為相對于透光性基板2IA的主面的法線PL與晶體光軸PO所成的角度。對根據各切斷角度切出的每個透光性基板(水晶板)，評價對于入射光IL(P偏振光)作用的Γ’的值。[式I]Γ r=^r2+^.......qf入射光IL，若向透光性基板21A入射，則折射而在透光性基板21A中行進。并且， 在從透光性基板21A出射時成為向與入射光IL的光軸平行的方向折射的出射光而出射。在此，如圖5所示，在入射光IL向透光性基板21A入射時以折射角度Φ折射。本申請發明人們，著眼于入射光在向透光性基板21A入射時折射的折射角度Φ， 確定實際的在透光性基板21A中行進的光的光軸與晶體光軸PO所成的角度β，旋光能2q 與β相應地發生變化的情況，而進行了實驗、評價。對切斷角度q與透光性基板21A的透射特性的關系進行說明。圖6是切斷角度q為O度的情況下的透光性基板的示意圖，圖7是表示該情況下的作為透射特性的O度方向強度的曲線圖。在圖6中，入射光IL的入射角設定為O度。透光性基板21A，由于其主面相對于入射角傾斜45度而配置，所以與透光性基板21A的主面正交的法線為135度。另一方面，晶體光軸PO如從圖6可以看出，設定為135度。因此，在圖 6中，切斷角度q為O度。
在圖7中，將發散角α為-10度的情況表示為發散角α-10，將發散角α為-5度的情況表示為α-5，將發散角α為O度的情況表示為αΟ，將發散角α為+5度的情況表示為α+5，將發散角α為+10度的情況表示為α+10。與圖7對應的其他圖也相同。在圖7中，在α O、α+5、α+10的情況下，O度方向強度(透射特性)高為O. 9以上，但是在α-10、α-5下,依波長的不同，也有O度方向強度小于O. 8的情況。圖8是切斷角度q為15度的情況下的透光性基板的示意圖，圖9是表示該情況下的O度方向強度的曲線圖。在圖9中，在α-5、α O、α+5、α-10下，O度方向強度(透射特性)高為O. 9以上，但是在α+10下，依波長的不同，也有O度方向強度小于O. 8的情況。 下的O α O、α 下的O
上。
下的O
圖10是切斷角度q為30度的情況下的透光性基板的示意圖，圖11是表示該情況度方向強度的曲線圖。
在圖11中，在α+10下，O度方向強度(透射特性)高為0.9以上，但是在α-5、 +5、α-10下，依波長的不同，也有O度方向強度小于O. 8的情況。
圖12是切斷角度q為45度的情況下的透光性基板的示意圖，圖13是表示該情況度方向強度的曲線圖。
在圖13中，在α-10、α-5、α O、α+5、α+10的全部下，O度方向強度高為O. 9以
圖14是切斷角度q為60度的情況下的透光性基板的示意圖，圖15是表示該情況度方向強度的曲線圖。
在圖15中，在α-10、α-5、α O、α+5、α+10的全部下，有O度方向強度小于O. 8 的情況。圖16是切斷角度q為75度的情況下的透光性基板的示意圖，圖17是表示該情況下的O度方向強度的曲線圖。在圖17中，在α-10、α-5、α O、α+5、α+10的全部下，有O度方向強度小于O. 8
的情況。圖18是切斷角度q為90度的情況下的透光性基板的示意圖，圖19是表示該情況下的O度方向強度的曲線圖。
的情況。
況下的O
的情況。
況下的O
的情況。
況下的O
在圖19中，在α -10、
圖20是切斷角度q為度方向強度的曲線圖。 在圖21中，在α -10、
圖22是切斷角度q為度方向強度的曲線圖。 在圖23中，在α -10、
圖24是切斷角度q為度方向強度的曲線圖。
α-5、αΟ、α+5、α+10的全部下，有O度方向強度小于O. 8 -75度的情況下的透光性基板的示意圖，圖21是表示該情 α-5、αΟ、α+5、α+10的全部下，有O度方向強度小于O. 8 -60度的情況下的透光性基板的示意圖，圖23是表示該情 α-5、αΟ、α+5、α+10的全部下，有O度方向強度小于O. 8 -45度的情況下的透光性基板的示意圖，圖25是表示該情
在圖25中，在α-10、α-5、α O、α+5、α +10的全部下，有O度方向強度小于O. 8
的情況。圖26是切斷角度q為_30度的情況下的透光性基板的示意圖，圖27是表示該情況下的O度方向強度的曲線圖。在圖27中，在α-10、α-5、α O、α+5、α +10的全部下，有O度方向強度小于O. 8
的情況。圖28是切斷角度q為_15度的情況下的透光性基板的示意圖，圖29是表示該情況下的O度方向強度的曲線圖。在圖29中，在α-10、α-5、α+5、α+10下，有O度方向強度小于O. 8的情況。根據以上的關系求取交叉角X與容許的板厚yo的最大值y的關系。交叉角x與容許的板厚 ο的最大值y的關系示于圖30。在此，容許的板厚jo的最大值y，為在全部發散光(α為±10度)的范圍內偏振變換效率(O度方向強度)成為O. 8以上的板厚。并且，若將在透光性基板21Α的晶體光軸PO與入射光IL的光軸的交點、向與包含晶體光軸PO和入射光IL的光軸的平面垂直的方向設立的軸設定為中心軸，從與包含晶體光軸PO和入射光IL的光軸的平面垂直的方向看、將繞中心軸逆時針旋轉的方向設定為正 (plus)，則交叉角X為-90 (度)彡X彡+90 (度)。在圖30中，在交叉角X為-90度< X彡-80度(區域Ql)的情況下，透光性基板 21A的板厚yo的最大值y,以下式求取 y = -O. 0058χ2-0. 9672χ_38· 858 (mm)......(I)。在此，由于在交叉角X為-90度下，y為O. 8653mm,在交叉角x為-80度下，y為 I. 1257mm，所以在區域 Ql 的范圍中，為 O. 8653mm < y ^ I. 1257mm。另外，在圖31(A)，示出交叉角X為-90度的狀態。在交叉角X為-80度< X彡-55度(區域Q2)的情況下，透光性基板21A的板厚 yo的最大值γ,以下式求取y = 2X 1(Γ6χ5+0· 0008χ4+0· 1145χ3+7. 9738χ2+276. 92χ+3842. I (mm)......(2)。在此，由于在交叉角X為-80度下，y為L 1257mm,在交叉角x為-55度下，y為 3. 8506mm，所以在區域 Q2 的范圍中，為 I. 1257mm < y ^ 3. 8506mm。在交叉角X為-55度< X彡-35度(區域Q3)的情況下，透光性基板21A的板厚 yo的最大值y為3. 7 (mm) ( y。也就是說,只要板厚yo的容許的最大值y大于等于3. 7mm, 便沒有限制。另外，在圖31(B)中，示出交叉角X為-45度的狀態。在交叉角X為-35度< X彡-15度(區域Q4)的情況下，透光性基板21A的板厚 yo的最大值γ,以下式求取y = -4X 10_5x4-0. 0045x3_0. 1828x2_3. 1831x_18. 449......(3)。在此，由于在交叉角X為-35度下，y為3. 7030mm,在交叉角x為-15度下，y為
I.2999mm，所以在區域Q4的范圍中，為3. 7030mm < y彡I. 2999mm。在交叉角X為-15度< X彡+5度(區域Q5)的情況下,透光性基板21A的板厚yo 的最大值y，以下式求取y = 9X 1(Γ6χ4+0· 0002χ3+0. 0071χ2+0. 1786χ+2. 4607......(4)。
在此，由于在交叉角X為-15度下，y為I. 2999mm，在交叉角x為+5度下，y為
3.5554mm，所以在區域 Q6 的范圍中，為 I. 2999mm < y ^ 3. 5554mm。另外，在圖31(C)中，示出交叉角X為O度的狀態。在交叉角X為+5度< X彡+10度(區域Q6)的情況下，透光性基板21A的板厚y， 以下式求取y = -O. 5597X+6. 3541......(5)。在此，由于在交叉角X為+5度下，y為3. 5554mm，在交叉角X為+10度下，y為 O. 7566mm，所以在區域 Q6 的范圍中，為 O. 7566mm ^ y < 3. 5554mm。在交叉角X為+10度< X彡+30度(區域Q7)的情況下，透光性基板21A的板厚 y，以下式求取y = IX 1(Γ5χ4-0· 0008χ3_0· 0224χ2_0· 2833χ+2. 0276......(6)。在此，由于在交叉角X為+10度下，y為O. 7566mm,在交叉角x為+30度下，y為 O. 7016mm，所以在區域 Q7 的范圍中，為 O. 7016mm ^ y < O. 7566mm。在交叉角X為+30度< X彡+35度(區域Q8)的情況下，透光性基板21A的板厚 y，以下式求取y = O. 3878X-10. 931......(7)。在此，由于在交叉角X為+30度下，y為O. 7016mm,在交叉角x為+35度下，y為
2.6404mm，所以在區域 Q8 的范圍中，為 O. 7016mm ^ y < 2. 6404mm。在交叉角X為+35度< X彡+75度(區域Q9)的情況下，透光性基板21A的板厚 y，以下式求取y = 5 X 1(Γ9χ6-2 X 1(Γ6χ5 + 0· 0002χ4-0· 0176χ3 + 0· 7441χ2-16· 972 χ+165. 72......(8) ο在此，由于在交叉角X為+35度下，y為2.6404mm，在交叉角X為+70度下， y為O. 6906mm,在交叉角x為+75度下，y為O. 9520mm,所以在區域Q9的范圍中，為 O. 6906mm ^ y ^ 2. 6404mm。在交叉角X為+75度< X < +90度(區域Q10)的情況下，透光性基板2IA的板厚 y，以下式求取y = 9 X 1(Γ5χ3-0· 0215χ2+1. 6761χ_42· 176......(9)。在此，由于在交叉角X為+75度下，y為O. 9520mm，在交叉角X為+85度下， y為O. 8284mm,在交叉角x為+90度下，y為O. 8653mm,所以在區域QlO的范圍中，為 O. 8284mm ^ y ^ O. 9520mm。以上的構成的第I實施方式，能夠產生以下的作用效果。(I)具備由具有雙折射性和旋光性的晶體材料構成的透光性基板21A和設置于該透光性基板21A的入射側表面、使P偏振光透射且使S偏振光反射的偏振分離部21B而構成偏振分尚兀件21,將使由偏振分尚部2IB反射后的S偏振光S反射的反射兀件22與透光性基板2IA大致平行地配置，將相位差板23配置于透光性基板2IA的出射側，使透射過偏振分離部21B且入射到透光性基板21A的P偏振光P維持著其偏振面而從透光性基板21A 的出射側表面出射，由相位差板23將透射過透光性基板21A的P偏振光P的偏振面變換為與S偏振光S的偏振面平行而作為S偏振光S出射。因此，由于由偏振分尚兀件21和反射元件22構成透鏡陣列，所以不需要在偏振分離元件21和反射元件22之間設置的玻璃等透明部件，構造緊湊。而且，由于作為透光性基板21A使用晶體材料，該晶體材料與玻璃相比散熱效果高，所以能夠實現耐熱性和/或長壽命化。在此，在本實施方式中，作為透光性基板21A，由于使用具有雙折射性和旋光性的晶體材料，所以有可能使偏振狀態變化而偏振變換效率下降，但是由于設定為使透射過偏振分離部21B并入射到透光性基板21A的P偏振光P維持著其偏振面而從透光性基板21A的出射側表面出射的構成，所以能夠消除偏振狀態的變化，能夠使光學特性變得良好。(2)由于將透光性基板21A相對于入射光IL配置為大致45(度)或135(度)，所以能夠通過偏振分離兀件21的偏振分離部21B使S偏振光S相對于入射光以大致直角朝向反射元件22反射，所以能夠將由反射元件22反射的S偏振光S設定為與P偏振光P大致平行。因此，由于能夠容易使反射元件22的反射光與偏振分離元件21的透射光一致，所以能夠容易地組裝偏振變換元件2。(3)由于透光性基板21A由水晶形成，水晶與藍寶石等其他晶體材料相比能夠低價獲得，所以能夠低價提供偏振變換元件2。(4)由于在將投影光軸與P偏振光P的偏振面所成的角設定為方位角Θ時，設定為Θ =0(度)，所述投影光軸通過將透光性基板21A的晶體光軸PO投影于與入射光IL的光軸垂直的平面而成，所以能夠以不產生由雙折射性引起的相位差Γ(Γ =0)的條件，容易地設定偏振變換效率高的透光性基板21Α。(5)在將透光性基板21Α的晶體光軸PO與入射光IL的光軸所成的角設定為交叉角X，將在透光性基板21Α的晶體光軸PO與入射光IL的光軸的交點、向與包含晶體光軸PO 和入射光IL的光軸的平面垂直的方向設立的軸設定為中心軸，從與包含晶體光軸PO和入射光IL的光軸的平面垂直的方向看，將繞中心軸逆時針旋轉的方向設定為正時，將交叉角 X設定為滿足-90 (度)< X < +90 (度)。因此，能夠切實地使透射過偏振分離部21Β并入射到透光性基板21Α的P偏振光P維持著其偏振面而從透光性基板21Α的出射側表面出射。(6)按多個區域的每個根據近似式求取交叉角X和透光性基板21Α的板厚 yo的最大值y。也就是說，在“_90(度)彡X彡-80(度)”的情況下，設定為滿足“y =-O. 0058x2-0. 9672x-38. 858 (mm) ”，在“_80(度)< x < -55 (度)”的情況下，設定為滿足“y = 2X 1(Γ6χ5+0· 0008χ4+0. 1145χ3+7. 9738χ2+276. 92χ+3842. I (mm) ”,在“_35(度)
<X 彡-15(度)”的情況下，設定為滿足“y = -4X 1(Γ5χ4-0· 0045χ3-0. 1828χ2_3· 1831χ_18 .449(mm)”，在“_15(度)< χ 彡 +5 (度)”的情況下，設定為滿足“y = 9X 10_6Χ4+0· 0002 χ3+0. 0071χ2+0. 1786χ+2. 4607 (mm) ”，在 “+5 (度)< x 彡 +10 (度)”的情況下，設定為滿足 “y = -O. 5597x+6. 3541 (mm) ”,在“+10 (度)< x 彡 +30 (度)”的情況下，設定為滿足“y = I X 1(Γ5χ4-0· 0008χ3-0. 0224χ2-0· 2833χ+2. 0276 (mm) ”，在 “+30 (度)< x 彡 +35 (度)”的情況下，設定為滿足“y = O. 3878x-10. 931 (mm) ”，在“+35 (度)< x彡+75 (度)”的情況下，設定為滿足“y = 5Χ10_9χ6-2Χ10_6χ5+0· 0002χ4-0. 0176χ3+0. 7441χ2_16· 972χ+165. 72 (m m) ”，在 “+75 (度)< X < +90 (度)”的情況下，設定為滿足 “y = 9 X 10_5Χ3-0· 0215χ2+1. 6 761χ-42. 176 (mm) ”。因而，由于能夠按各區域求取適合的板厚yo的最大值y，所以通過得到較高的偏振變換效率，能夠使光學特性變得良好。(7)通過將交叉角X設定為滿足_55(度)< x < _35 (度)，特別地，設定為接近-45 (度)，無論板厚yo的最大值y如何，都能夠得到良好的偏振變換效率。(8)在反射元件22中，由于設置鏡部22B的板材不是玻璃而是水晶，所以與偏振分離元件21 —起用反射元件22，也能夠提高散熱效果，進一步實現耐熱性和/或長壽命化。(9)由于偏振分離部21B由電介質多層膜構成，所以能夠簡單地制造偏振分離元件21。接下來，基于圖32至圖35說明本發明的第2實施方式。第2實施方式是將偏振變換單元4設置于作為投影型影像裝置的液晶投影機100 的例子，其保持部件5的構造與第I實施方式的變換單元I不同。圖32表示液晶投影機的概略結構。在圖32中，液晶投影機100具備積分器照明光學系統110、色分離光學系統120、 中繼光學系統130、根據圖像信息對從光源射出的光進行調制的光調制裝置140、對由光調制裝置140調制后的光進行放大投影的投影光學裝置150。積分器照明光學系統110，是用于對后述的3塊透射型液晶面板141R、141G、141B 的圖像形成領域大致均勻地進行照明的光學系統，具備光源裝置111、第I透鏡陣列112、偏振變換裝置200和重疊透鏡113。光源裝置111，對從光源燈114射出的輻射狀的光線用反射器115進行反射而設定為大致平行光線，使該大致平行光線向外部射出。偏振變換裝置200具備第2透鏡陣列210、遮光板220和第2實施方式所涉及的偏振變換單元4。色分離光學系統120具備2塊分色鏡121、122和反射鏡123，通過分色鏡121、122 將從積分器照明光學系統110射出的多個光分離為紅、綠、藍3色的色光。由分色鏡121 分離后的藍色光，通過反射鏡123反射，通過場透鏡142而到達藍色用的透射型液晶面板 141B。在透射過分色鏡121的紅色光和綠色光之中，綠色光通過分色鏡122反射，通過場透鏡142而到達綠色用的透射型液晶面板141G。中繼光學系統130具備入射側透鏡131、中繼透鏡133和反射鏡132、134。由色分離光學系統120分離后的紅色光，透射過分色鏡122，通過中繼光學系統130，進而通過場透鏡142而到達紅色光用的透射型液晶面板141R。光調制裝置140具備透射型液晶面板141R、141G、141B和十字分色棱鏡143。該十字分色棱鏡143，對按各色光調制后的光學像進行合成而形成彩色的光學像。偏振變換單元4具備與第I實施方式相同構造的偏振變換元件2和保持該偏振變換元件2的保持部件5。保持部件5的具體的構造示于圖33至圖35。圖33是保持部件5的立體圖，圖34 (A)是保持部件5的俯視圖，圖34⑶是保持部件5的剖面圖。在這些圖中，保持部件5是具有一對保持板51和一對連接板52的構造，該一對保持板51分別保持偏振分離元件21的兩端部和反射元件22的兩端部，該一對連接板52分別連接該一對保持板51的兩端部。這些保持板51以及連接板52由合成樹脂一體形成為俯視矩形的框狀。
在一對保持板51的相互相對的部分,形成有多對分別引導偏振分尚兀件21和反射元件22的引導溝51A。這些引導溝51A形成為，其長度較長方向相對于入射光成為45度或135度。在從偏振分離元件21出射的出射光所通過的位置配置有圖33中未圖示的相位差板23。該相位差板23通過未圖示的適宜的手段連接固定于保持部件5。另外，在圖33以及圖34中，引導溝51A，為了收置偏振分離元件21而圖示4對，為了收置反射元件22而圖示2對，但是這是為了容易理解地圖示引導溝51A的結構而放大圖示的，實際上，與圖I所示的偏振變換元件2匹配地，是為了收置2塊偏振分離元件21而設置2對、為了收置2塊反射元件22而設置2對的構造。但是，引導溝51A的數量并不限于前述的數量，而對應于實際設置的偏振分離元件21和/或反射元件22的數量。圖35是保持部件5的一部分的分解立體圖。在圖35中，引導溝51A，以其一端部在保持板51的一側面開口，且另一端部觸碰偏振分離元件21和/或反射元件22的端部的方式形成有高低差(臺階)。引導溝51A，其寬度尺寸形成得與偏振分離元件21和/或反射元件22的寬度尺寸相同或稍大，其長度尺寸形成得與偏振分離元件21和/或反射元件 22的長度尺寸相同或稍大。因而，在第2實施方式中，除了能夠產生與第I實施方式的(I)到(9)的作用效果同樣的作用效果之外，還能夠產生以下的作用效果。(10)由于具備偏振變換單元4、光調制裝置140和投影光學裝置150而構成液晶投影機100，所述偏振變換單元4具有將來自光源裝置111的光變換為S偏振光S而出射的偏振變換元件2，所述光調制裝置140根據圖像信息對來自偏振變換元件2的出射光進行調制，所述投影光學裝置150對通過該光調制裝置140調制后的光進行投影，所以能夠伴隨著偏振變換兀件2的偏振變換效率提聞而提聞液晶投影機100的投影精度。(11)由于光調制裝置140具備透射型液晶面板141R、141G、141B而構成，所以由于這點，也能夠提供投影精度高的液晶投影機100。(12)由于偏振變換單元4具備保持偏振變換元件2的保持部件5，該保持部件5 是具有分別保持偏振分離元件21的兩端部和反射元件22的兩端部的一對保持板51和分別連接該一對保持板51兩端部的一對連接板52的構造，所以能夠將偏振分離元件21以及反射元件22緊湊地收置于保持部件，操作方便。(13)由于一對保持板51與一對連接板52形成為一體，所以能夠通過射出成形等適宜的手段，容易地制造保持部件5。(14)由于在一對保持板51的相互相對的部分形成有分別引導偏振分離元件21和反射元件22的引導溝51A，這些引導溝在一對保持板51的一側面分別開口，所以僅將偏振分離元件21和反射元件22分別沿著引導溝51A插入便可組裝偏振變換單元4，組裝工作變得容易。接下來，基于圖36以及圖37說明本發明的第3實施方式。第3實施方式其保持部件的構造與第2實施方式不同，其他的結構與第2實施方式相同。圖36是表示第3實施方式所涉及的偏振變換單元的立體圖，圖37是表示保持部件的一部分的分解立體圖。
在這些圖中，偏振變換單元6具備與第I實施方式相同構造的偏振變換元件2和保持該偏振變換元件2的保持部件7。保持部件7具備一對保持板71和設置于一對保持板71端部的一對連接板72，一對保持板71與一對連接板72分體形成。一對保持板71是由合成樹脂形成的板狀，在其相互相對的部分，形成有多對分別引導偏振分離元件21和反射元件22的端部的引導溝71A。這些引導溝71A形成為，其長度較長方向相對于入射光成為45度或135度。并且，引導溝71A，是俯視成為矩形狀的凹部。在第3實施方式中，與第2實施方式同樣，在從偏振分離元件21出射的出射光所通過的位置配置有未圖示的相位差板23。另外，在圖36中，引導溝71A，圖示了共計6對， 但是實際上，與偏振變換元件2匹配地，是為了收置4塊偏振分離元件21而設置4對、為了收置4塊反射元件22而設置4對的構造。一對連接板72具有長條狀的板材721和連接于該板材721并且將一對保持板71 向相互面對的方向加載的卡合片722。這些板材721和卡合片722由具有彈性的材料例如金屬、合成樹脂等形成為一體。 卡合片722相對于板材721折彎而形成，在其中央部分形成有與形成于保持板71的凹部 71B卡合的凸狀的按壓部722A。凸狀的按壓部722A與凹部71B在與保持板71的長度較長方向正交的方向延伸而形成。因而，在第3實施方式中，除了能夠產生與第2實施方式的⑴至(12)的作用效果同樣的作用效果之外，還能夠產生以下的作用效果。(15)保持部件7具備一對保持板71和設置于一對保持板71端部的一對連接板 72，一對連接板72具有長條狀的板材721和連接于該板材721并且將一對保持板71向相互面對的方向加載的卡合片722。因此，由于通過一對連接板72，將一對保持部件71向相互接近的方向加載，所以能夠切實地由保持部件7保持偏振分離元件21和反射元件22，所以偏振分離元件21和/或反射元件22不會從保持部件7誤脫落。(16)由于卡合片722具有與形成于保持板71的凹部71B卡合的按壓部722A，所以連接板72不會偏離保持板71的長度較長方向而脫離。因此，能夠防止連接板72從保持板71誤偏離。(17)形成于保持板71且保持偏振分離元件21和/或反射元件22的端部的引導溝71A，由于是俯視成為矩形狀的凹部，所以可限制偏振分離元件21和/或反射元件22在保持板71的平面內的移動。因此，從這點，偏振分離元件21和/或反射元件22也不會從保持部件7誤脫落。接下來，基于圖38說明本發明的第4實施方式。第4實施方式其相位差板的數量與第I實施方式不同，其他的結構與第I實施方式相同。圖38是第4實施方式所涉及的偏振變換元件的概略圖。在圖38中，偏振變換元件2具備交替配置的偏振分離元件21以及反射元件22和配置于偏振分尚兀件21的光射出面側的水晶的相位差板231、232，這些偏振分尚兀件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(未圖示)。在第4實施方式中，相位差板231和相位差板232兩塊為一組，以使透射過偏振分
21離元件21的P偏振光P通過的方式相互并行地配置。這些相位差板231、232，是分別在波長板的兩面設置有反射防止部23B的構造。對于波長λ的光相位差為Γ I的相位差板231和相位差為Γ 2的相位差板232， 以各自的晶體光軸交叉的方式配置。這些相位差板231、232，將在波長λ I λ2(其中λ I
<λ < λ 2)的范圍中入射的P偏振光P變換為旋轉了 90度的S偏振光S而出射。在將入射的直線偏振光的偏振面與相位差板231的晶體光軸所成的角度設定為光軸方位角Θ 1，將入射的直線偏振光的偏振面與相位差板232的晶體光軸所成的角度設定為光軸方位角Θ 2時,光軸方位角ΘI與光軸方位角Θ2的關系滿足下式Θ 2 = Θ 1+45......(10)O < Θ I < 45......(11)，并將波長λ設定為下述范圍λ I < λ < ( λ 2- λ I) /2+ λ I......(12)。在將相位差Γ I設定為設定值180度，將相位差Γ 2設定為設定值180度，將波長 λ變化時的相位差板231的相位差的偏移量設定為△ Γ1，將波長λ變化時的相位差板 232的相位差的偏移量設定為△ Γ2時，以滿足下式的方式，從設定值22. 5度偏移而設定光軸方位角ΘI Δ Γ I = Δ Γ2......(13)。另外，相位差板231和相位差板232的其他條件為日本專利第4277514號中所記載的那樣。因而，在第4實施方式中，除了產生與第I實施方式的⑴至(9)同樣的作用效果以外，還能夠產生以下的作用效果。(18)由于使相位差板由相位差板231和相位差板232這2塊構成，所以在液晶投影機所使用的波長區域、例如波長400nm至700nm的區域中，能夠提高偏振變換效率。接下來，基于圖39說明本發明的第5實施方式。第5實施方式其偏振分離元件的結構與第I實施方式不同，其他的結構與第I實施方式相同。圖39是第5實施方式所涉及的偏振分離元件21的偏振分離部210B的立體圖。在圖39中，偏振分離元件21的偏振分離部210B由導電電極21E形成，所述導電電極21E通過電介質基板21D支持并包含許多平行的金屬線。導電電極21E，其間距或周期是P，單個導體的寬度為W，其厚度為t。入射光IL，以距垂線的角度R入射到偏振分離元件
21.入射光IL，作為S偏振光S反射而不衍射，作為P偏振光P透射。在此，周期P、寬度W、 厚度t，根據使用的光的頻域、其他條件而設定。因而，根據第5實施方式，除了能夠產生與第I實施方式的⑴至⑶同樣的作用效果之外，還能夠產生以下的作用效果。(19)由于通過金屬線柵構成偏振分離元件210的偏振分離部210B，所以能夠簡單地制造偏振變換元件。另外，本發明不限定于前述的實施方式，能夠達成本發明的目的以及效果的范圍內的變形和/或改進當然包含于本發明的內容。例如，在前述實施方式中，在偏振分離元件21、反射元件22以及相位差板23、231、232的兩面設置有反射防止部21C、22B、23B，但是在本發明中，不需要一定設置反射防止部 21C、22B、23B。但是，如果如前述各實施方式那樣設置反射防止部21C、22B、23B，則在偏振分離元件21、反射元件22以及相位差板23、231、232中透射的光的量變多。另外，雖然將偏振變換元件用于了液晶投影機，但是在本發明中，能夠利用于液晶投影機以外的投影裝置。進而,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,在偏振分離元件21、231、232中，對透光性基板21A不需要一定使用水晶，而也可以代替水晶而使用藍寶石等具有雙折射性和旋光性的晶體材料。進而，在前述實施方式中，將偏振變換元件21相對于入射光IL設定為了大致 45(度)或135(度)，但是在本發明中，不限定于此，例如也可以設定為60(度)或120(度)。本發明能夠利用于液晶投影機、其他的投影型影像裝置。
權利要求
1.一種偏振變換元件，其特征在于，具有透光性基板，其配置為相對于入射光成預定角度；偏振分離部，其在該透光性基板的入射側表面配置，將入射光分離為相互正交的第I 直線偏振光和第2直線偏振光,使前述第I直線偏振光透射，并反射第2直線偏振光；以及反射元件，其與前述透光性基板大致平行地配置，將由該偏振分離部反射后的前述第 2直線偏振光向與透射過了前述偏振分離部的前述第I直線偏振光的光路大致平行的方向反射；其中，前述透光性基板，包含具有雙折射性和旋光性的晶體材料；透射過前述偏振分離部并入射到前述透光性基板的前述第I直線偏振光，維持著該第 I直線偏振光的偏振面而從前述透光性基板的出射側表面出射；在前述透光性基板的出射側配置有相位差板，所述相位差板將透射過了前述透光性基板的前述第I直線偏振光的偏振面變換為與前述第2直線偏振光的偏振面平行，作為第2 直線偏振光出射。
2.根據權利要求I所述的偏振變換元件，其特征在于前述預定角度為大致45 (度)或135 (度)。
3.根據權利要求I或2所述的偏振變換元件，其特征在于 iu述晶體材料為水晶。
4.根據權利要求3所述的偏振變換元件，其特征在于在將投影光軸與前述第I直線偏振光的偏振面所成的角設定為方位角Θ時，為Θ = 0(度)，所述投影光軸是將前述透光性基板的晶體光軸投影于與前述入射光的光軸垂直的平面而成的光軸。
5.根據權利要求4所述的偏振變換元件，其特征在于在將前述透光性基板的晶體光軸與前述入射光的光軸所成的角設定為交叉角X，將在前述透光性基板的晶體光軸與前述入射光的光軸的交點、向與包含前述晶體光軸和前述入射光的光軸的平面垂直的方向設立的軸設定為中心軸，從與包含前述晶體光軸和前述入射光的光軸的平面垂直的方向看、將繞前述中心軸逆時針旋轉的方向設定為正時，前述交叉角X滿足-90 (度)< X < +90 (度)。
6.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足-90 (度)< X < -80 (度)，y = -O. 0058x2-0. 9672x_38. 858 (mm)。
7.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足-80 (度)< X < -55 (度)，y = 2X 10_6x5+0. 0008x4+0. 1145x3+7. 9738x2+276. 92x+3842. I (mm)。
8.根據權利要求5所述的偏振變換元件，其特征在于前述交叉角X滿足_55(度)< X < -35(度)。
9.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足-35(度)≤ X ≤ -15(度)，
10.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足-15(度)< X ≤ -15(度)，
11.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足+5(度)< X ≤ +10(度)，
12.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足+10(度)< X ≤ +30(度)，
13.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足+30(度)< X ≤ +35(度)，
14.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足+35(度)< X ≤75(度)，
15.根據權利要求5所述的偏振變換元件，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I滿足+75 (度)< X ≤+90 (度)，
16.根據權利要求I 15中的任意一項所述的偏振變換兀件,其特征在于前述偏振分尚部包括金屬線柵。
17.根據權利要求I 15中的任意一項所述的偏振變換元件，其特征在于前述偏振分離部包括電介質多層膜。
18.根據權利要求I 17中的任意一項所述的偏振變換元件，其特征在于前述反射元件具有水晶板和設置于該水晶板的表面的鏡部。
19.一種偏振變換單元，其特征在于，具備權利要求1-18中的任意一項所述的偏振變換元件；以及保持該偏振變換元件的保持部件；其中，前述保持部件具有一對保持板，其分別保持前述透光性基板的兩端部和前述反射元件的兩端部；以及一對連接板，其分別連接該一對保持板的兩端部。
20.根據權利要求19所述的偏振變換單元，其特征在于前述一對保持板與前述一對連接板形成為一體；在前述一對保持板的相互相對的部分設置有分別引導前述透光性基板和前述反射元件的引導溝；前述引導溝在前述一對保持板的一側面分別開口。
21.根據權利要求20所述的偏振變換單元，其特征在于前述一對保持板與前述一對連接板分體形成；前述一對連接板具有將前述一對保持板向相互面對的方向加載的卡合片。
22.一種投影型影像裝置，其特征在于，具有光源；偏振變換元件，其是權利要求I 18中的任意一項所述的偏振變換元件，將來自前述光源的光變換為前述第2直線偏振光而出射；光調制單元，其根據要投影的圖像信息對來自前述偏振變換元件的出射光進行調制；以及投影光學系統，其對通過前述光調制單元調制后的光進行投影。
23.根據權利要求22所述的投影型影像裝置，其特征在于前述光調制單元為液晶面板。
全文摘要
本發明提供能夠構造變得緊湊且實現耐熱性和/或長壽命化的偏振變換元件、偏振變換單元和投影型影像裝置。具備具有雙折射性和旋光性的晶體材料的透光性基板(21A)和設置于該透光性基板(21A)的入射側表面、使P偏振光(P)透射且使S偏振光(S)反射的偏振分離部(21B)而構成偏振分離元件(21)。將使由偏振分離部(21B)反射后的S偏振光(S)反射的反射元件(22)與透光性基板(21A)大致平行地配置。將相位差板(23)配置于透光性基板(21A)的出射側。使透射過偏振分離部(21B)且入射到透光性基板(21A)的P偏振光(P)維持著其偏振面而從透光性基板(21A)的出射側表面出射，由相位差板(23)將透射過透光性基板(21A)的P偏振光(P)的偏振面變換為與S偏振光(S)的偏振面平行而作為S偏振光(S)出射。
文檔編號G03B21/20GK102608747SQ20121001805
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優先權日2011年1月21日
發明者宮原充, 小林眾方, 櫻井誠 申請人:精工愛普生株式會社