CN108388021A - 偏振转换元件以及投影仪 - Google Patents

Abstract

偏振转换元件以及投影仪，能够抑制照度不均的产生。偏振转换元件具有：沿着第1方向交替配置的多个偏振分离层和多个反射层；及多个相位差层，多个偏振分离层使入射的光中的第1偏振光沿着第1方向反射，使第2偏振光沿着与第1方向垂直的第2方向透过，多个反射层使被多个偏振分离层中的对应的偏振分离层反射的第1偏振光沿着第2方向反射，多个相位差层设置于被多个反射层反射的第1偏振光、以及透过多个偏振分离层的第2偏振光中的一方的偏振光的光路上，将入射的一方的偏振光转换为另一方的偏振光，多个相位差层中的至少1个相位差层的慢轴的方向与其他相位差层的慢轴的方向以沿着与第1和第2方向分别垂直的第3方向的轴为中心呈线对称。

Description

偏振转换元件以及投影仪

技术领域

本发明涉及偏振转换元件以及投影仪。

背景技术

以往，已知具有偏振转换元件(偏振照明光学元件)的投影仪，该偏振转换元件(偏振照明光学元件)将从光源装置射出的光转换为一种线偏振光，并且在通过液晶面板形成图像的过程中提高从光源装置射出的光的利用效率(例如，参照专利文献1)。

在该专利文献1中记载的投影仪所具有的偏振照明光学元件由以下部件构成：偏振分束器阵列；以及在该偏振分束器阵列的光射出面侧隔开一定的间隔地与该光射出面接合的相位差板(专利文献1中所说的偏振转换元件)。该偏振分束器阵列是将多个截面为平行四边形的纵长的棱镜杆并列接合而得的，在彼此的接合面上交替地形成有由电介质多层膜构成的偏振分离膜、和由金属膜构成的反射膜。这些棱镜杆被整形，使得偏振分离膜以及反射膜相对于入射面的法线具有45°的倾斜。

偏振分离膜使入射到棱镜杆的入射面的非偏振的照明光中的p偏振的线偏振光(p偏振光)透过，使s偏振的线偏振光(s偏振光)反射。透过偏振分离膜的p偏振光通过棱镜杆而从射出面射出，被偏振分离膜反射后的s偏振光被反射膜反射，入射到相位差板。

相位差板具有使所入射的光的偏振方向旋转90°的作为1/2波长板的功能，在通过该相位差板的期间，s偏振光被转换为p偏振光。

被一对多透镜(透镜阵列)分离后的多个照明光入射到这样的偏振照明光学元件所具有的各棱镜杆的入射面。而且，偏振方向借助该偏振照明光学元件而一致的线偏振光通过照明透镜，在对应于蓝色光、绿色光以及红色光而设置的液晶面板上重叠。另外，从照明透镜射出的照明光通过多个分色镜而被分离成蓝色光、绿色光以及红色光，各色光入射到各自对应的液晶面板。而且，被各液晶面板调制后的各色光通过十字分色棱镜而被合成，并作为全色的图像光而被投射透镜投射。

专利文献1：日本特开2010-230857号公报

作为相位差板，例如可列举将晶轴(光轴)的朝向彼此不同的2块石英板重合而构成、并且具有彼此交叉的快轴以及慢轴的相位差板。这样的相位差板除了无法使整个可见光域成为理想的λ/2的延迟(相位延迟)以外，还存在偏振转换效率根据光的入射角而变动这样的问题。

具体而言，当以光沿着相对于光入射面垂直的方向入射的情况下的相位差板的偏振转换效率为基准效率时，相对于相位差板的光入射面倾斜地入射光的情况下的偏振转换效率相对于基准效率向短波长侧或者长波长侧移位。

例如，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察相位差板时，相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着慢轴的情况下，该相位差板的偏振转换效率相比上述基准效率向短波长侧移位。

另一方面，在同样地沿着光入射面的法线从光入射侧观察相位差板时，相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着与慢轴垂直的方向的情况下，该相位差板的偏振转换效率相比上述基准效率向长波长侧移位。

该偏振转换效率的移位量随着光相对于光入射面的入射角增大而增大。

这样，由于偏振转换效率根据光的入射角而变动，因此，无法对相对于光入射面倾斜地入射的光赋予期待的延迟，从p偏振光以及s偏振光中的一方转换为另一方的光量下降。

当通过了具有这样的相位差板的上述偏振照明光学元件的照明光入射到设置于液晶面板的前级的偏振片时，偏振方向未旋转到通过该偏振片的方向的光被遮挡。因此，从偏振照明光学元件射出的光被分离成多个色光，在该多个色光经由偏振片入射到所对应的液晶面板的情况下，存在被该液晶面板调制后的各色光所形成的图像产生颜色不均这样的问题。

由于光相对于这样的相位差板的入射角而产生的问题能够通过将更多的石英板(例如4块石英板)重叠而构成的相位差板来缓和。但是，该相位差板存在制造复杂并且高价这样的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供能够抑制照度不均的产生的偏振转换元件以及投影仪。

本发明的第1方式的偏振转换元件的特征在于，具有：多个偏振分离层和多个反射层，它们沿着第1方向交替配置；以及多个相位差层，所述多个偏振分离层使入射的光中的第1偏振光沿着所述第1方向反射，使第2偏振光沿着与所述第1方向垂直的第2方向透过，所述多个反射层使被所述多个偏振分离层中的对应的偏振分离层反射的所述第1偏振光沿着所述第2方向反射，所述多个相位差层设置于被所述多个反射层反射的所述第1偏振光、以及透过所述多个偏振分离层的所述第2偏振光中的一方的偏振光的光路上，将入射的所述一方的偏振光转换为另一方的偏振光，所述多个相位差层中的至少1个相位差层的慢轴的方向与其他相位差层的慢轴的方向是以沿着第3方向的轴为中心呈线对称的，所述第3方向与所述第1方向以及所述第2方向分别垂直。

另外，在以下的说明中，将慢轴的方向以上述轴为中心呈线对称的2种相位差层中的一方的相位差层作为第1相位差层，将另一方的相位差层作为第2相位差层。此外，以光沿着各相位差层的光入射面的法线入射到该光入射面的情况下(入射角为0°的情况下)的偏振转换效率为基准效率。该基准效率在各相位差层中大致相同。

这里，以某个入射角而倾斜的光入射到第1相位差层以及第2相位差层各自的光入射面的情况下的偏振转换效率在第1相位差层和第2相位差层中朝向彼此相反的方向移位。

例如，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察相位差层时、相对于该相位差层的光入射面倾斜地入射的光的光路沿着第1相位差层的慢轴的情况下，第1相位差层对该光的偏振转换效率相对于上述基准效率向短波长侧移位。另一方面，相同入射角的光入射到第2相位差层的光入射面的情况下的、该第2相位差层的偏振转换效率相对于上述基准效率向长波长侧移位。

此外，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察相位差层时、相对于该相位差层的光入射面倾斜地入射的光的光路沿着第2相位差层的慢轴的情况下(沿着与第1相位差层的慢轴交叉的方向的情况下)，第2相位差层对该光的偏振转换效率相对于上述基准效率向短波长侧移位。另一方面，相同入射角的光入射到第1相位差层的光入射面的情况下的、该第1相位差层的偏振转换效率相对于上述基准效率向长波长侧移位。

与此相对，上述第1方式的偏振转换元件所具有的多个相位差层中的至少1个相位差层是上述第1相位差层，其他相位差层是上述第2相位差层，由此，能够通过第1相位差层和第2相位差层来相互抵消相对于这些第1相位差层以及第2相位差层各自的光入射面倾斜地入射光的情况下的偏振转换效率的变动。

因此，将这样的偏振转换元件用于投影仪，能够在通过了该偏振转换元件的光经由偏振片入射到液晶面板等照明区域的情况下，抑制在该照明区域中产生照度不均。而且，由此，能够抑制在形成并显示的图像中产生上述颜色不均。

在上述第1方式中，优选的是，所述多个相位差层的数量为偶数，所述多个相位差层中的、在所述第1方向上处于对称位置的2个相位差层各自的慢轴的方向是呈线对称的。

这里，成对的上述2个相位差层中的一方是上述第1相位差层，另一方是上述第2相位差层。因此，能够容易地使大致相同的光量的光分别入射到这些第1相位差层以及第2相位差层上。由此，将该偏振转换元件用于投影仪，能够在从该偏振转换元件射出的光重叠地入射到上述照明区域的情况下，抑制在该照明区域中产生照度不均。因此，能够适当地抑制上述颜色不均的产生。

在上述第1方式中，优选的是，所述多个相位差层的数量为奇数，所述多个相位差层中的中央相位差层的所述第1方向上的尺寸比其他相位差层的所述第1方向上的尺寸大，所述中央相位差层是位于所述第1方向上的中央的相位差层，所述多个相位差层中的、隔着所述中央相位差层的一对相位差层的慢轴的方向与所述中央相位差层的慢轴的方向是呈线对称的。

根据这样的结构，在入射到偏振转换元件的光的光量随着从上述第1方向的中央朝向外侧而下降的情况下，能够使入射到上述中央相位差层的光量、与入射到慢轴的方向相对于该中央相位差层呈线对称的上述一对相位差层的光量为相同程度。即，能够使分别入射到该偏振转换元件的第1相位差层以及第2相位差层的光量为相同程度。因此，由此，在将该偏振转换元件用于投影仪的情况下，能够抑制在上述照明区域中产生照度不均，由此，能够适当抑制上述颜色不均的产生。

在上述第1方式中，优选的是，所述多个相位差层设置有5个，所述多个相位差层中的、在所述第1方向上位于所述一对相位差层的外侧的2个相位差层的慢轴的方向是彼此呈线对称的。

根据这样的结构，位于上述一对相位差层的外侧的2个相位差层的慢轴的方向彼此呈线对称，因此，这2个相位差层的一方为上述第1相位差层，另一方为上述第2相位差层。而且，由于分别入射到这些第1相位差层以及第2相位差层的光量为相同程度，因此，能够使从该偏振转换元件射出的光的照度分布适当地均匀化。因此，在将该偏振转换元件用于投影仪的情况下，能够进一步抑制上述颜色不均的产生。

本发明的第2方式的投影仪的特征在于，具有：光源装置；光调制装置，其对从所述光源装置射出的光进行调制；投射光学装置，其投射被所述光调制装置调制后的光；以及上述偏振转换元件，其配置于所述光源装置与所述光调制装置之间。

根据上述第2方式，能够起到与上述偏振转换元件同样的效果，由此，能够抑制在被光调制装置调制后的光所形成的图像中产生颜色不均。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的投影仪的结构的示意图。

图2是上述第1实施方式中的从光射出侧观察到的偏振转换元件的分解立体图。

图3是示出上述第1实施方式中的偏振转换元件的剖视图。

图4是示出上述第1实施方式中的慢轴的方位角为45°的相位差层的偏振转换效率的曲线图。

图5是示出上述第1实施方式中的慢轴的方位角为135°的相位差层的偏振转换效率的曲线图。

图6是示出上述第1实施方式中的相位差层的慢轴的方向的图。

图7是示出上述第1实施方式中的相位差层整体的偏振转换效率的曲线图。

图8是示出上述第1实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

图9是示出上述第1实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

图10是示出上述第1实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

图11是示出本发明第2实施方式的投影仪所具有的偏振转换元件的剖视图。

图12是示出上述第2实施方式中的相位差层的慢轴的方向的图。

图13是示出上述第2实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

图14是示出上述第2实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

图15是示出上述第2实施方式中的偏振转换元件的变形的图。

标号说明

1：投影仪；4：光源装置；343(343B、343G、343R)：光调制装置；35：投射光学装置；6、6A～6G：偏振转换元件；7、7D：偏振转换部；71、71D：偏振分离元件阵列；73(731～736)：偏振分离层；74(741～746)：反射层；75(751～756)：相位差层；757：相位差层(中央相位差层)；CL：中心线(假想线)；SA：慢轴；+X：方向(第1方向)；+Y：方向(第3方向)；+Z：方向(第2方向)。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，根据附图对本发明的第1实施方式进行说明。

[投影仪的概略结构]

图1是示出本实施方式的投影仪1的结构的示意图。

本实施方式的投影仪1对从设置于内部的光源装置4射出的光进行调制，形成与图像信息对应的图像，并将该图像放大投射到屏幕等被投射面上。如图1所示，该投影仪1具有外装壳体2以及收纳在该外装壳体2内的装置主体。这样的投影仪1在后述的偏振转换元件6的结构方面具有一个特征。

以下，对投影仪1的各结构进行说明。

[装置主体的结构]

装置主体具有图像投射装置3。此外，虽然省略图示，但装置主体具有：控制装置，其对投影仪1的动作进行控制；电源装置，其对构成投影仪1的电子部件提供电力；以及冷却装置，其对构成投影仪1的冷却对象进行冷却。

[图像投射装置的结构]

图像投射装置3在上述控制装置的控制下，形成并投射与图像信息对应的图像。该图像投射装置3具有光源装置4、均匀化装置31、颜色分离装置32、中继装置33、图像形成装置34、投射光学装置35以及光学部件用壳体36，整体构成为大致L字状的光学单元。

[光源装置的结构]

光源装置4向均匀化装置31射出白色的照明光。在本实施方式中，该光源装置4具有：LD(Laser Diode：激光二极管)或LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等固体光源；以及对从该固体光源射出的光的波长进行转换的波长转换装置。但是，不限于此，光源装置4也可以是具有超高压水银灯等放电光源灯的结构。即，光源装置4的结构不受限制。

[均匀化装置的结构]

均匀化装置31使与从光源装置4入射的照明光的中心轴垂直的面内的照度均匀化。该均匀化装置31按照该照明光的入射顺序而具有第1透镜阵列311、调光装置312、第2透镜阵列313、偏振转换元件6以及重叠透镜314。

第1透镜阵列311具有将作为小透镜的第1透镜3111在与照明光轴Ax垂直的面内呈矩阵状地排列有多个的结构。该第1透镜阵列311通过各第1透镜3111将入射的照明光分割为多个部分光束。

调光装置312配置于透镜阵列311、313之间，将从第1透镜阵列311入射到第2透镜阵列313的光束的一部分遮挡。由此，对入射到后述的光调制装置343的光量进行调整。另外，也可以不存在调光装置312。

第2透镜阵列313具有在上述垂直面内呈矩阵状地排列有多个与上述第1透镜3111对应的作为小透镜的第2透镜3131的结构。这些第2透镜3131与重叠透镜314一起，使从对应的第1透镜3111入射的部分光束重叠到后述的光调制装置343。另外，从各透镜3131射出的部分光束入射到偏振转换元件6中的对应的偏振分离层73。

偏振转换元件6具有使所入射的光的偏振方向一致的功能。该偏振转换元件6使从第2透镜阵列313入射的多个部分光束的偏振方向一致并向重叠透镜314射出。关于该偏振转换元件6的结构，在后文进行详细叙述。

[颜色分离装置以及中继装置的结构]

颜色分离装置32将从均匀化装置31入射的光束分离成红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)这3种色光。该颜色分离装置32具有分色镜321、322以及反射镜323。

中继装置33设置在分离出的3种色光中的、光路比其他色光长的红色光的光路上。该中继装置33具有入射侧透镜331、中继透镜333以及反射镜332、334。

[图像形成装置的结构]

图像形成装置34根据图像信息对被颜色分离装置32分离出的各色光进行调制，然后，将该各色光合成而形成图像光。该图像形成装置34具有：场透镜341，其按照分离出的每个色光而设置；入射侧偏振片342；光调制装置343；射出侧偏振片344；以及1个颜色合成装置345，其将调制后的各色光合成而形成图像光。

其中，光调制装置(将红色、绿色以及蓝色用的光调制装置分别称为343R、343G、343B)在本实施方式中采用具有液晶面板的结构。

此外，颜色合成装置345在本实施方式中由十字分色棱镜构成，但可以采用将多个分色镜组合而得的结构。

[投射光学装置以及光学部件用壳体的结构]

投射光学装置35将从图像形成装置34入射的图像光放大投射到上述被投射面上。虽然省略图示，但该投射光学装置35可构成为具有多个透镜以及收纳该多个透镜的镜筒的组透镜。

光学部件用壳体36在内部收纳有构成上述装置31～34的光学部件。在该光学部件用壳体36中，设定了作为所设计的光轴的照明光轴Ax，光源装置4以及上述装置31～35配置于该照明光轴Ax上的规定的位置。因此，从光源装置4射出的光的中心轴与该照明光轴Ax一致。

[偏振转换元件的结构]

图2是从光射出侧观察到的偏振转换元件6的分解立体图。

如图2所示，偏振转换元件6具有偏振转换部7以及配置于该偏振转换部7的光入射侧的遮光板8。

另外，在以下的说明中，将沿着照明光轴Ax通过偏振转换元件6的光的行进方向作为+Z方向(第2方向)，将与该+Z方向垂直并且彼此垂直的两个方向中的一方作为+X方向(第1方向)，将另一方作为+Y方向(第3方向)。此外，虽然省略图示，但将+X方向的相反方向作为-X方向。

[遮光板的结构]

遮光板8由不锈钢、铝合金等形成，具有与偏振转换部7中的后述的偏振分离层73对应的开口部81。通过这样的遮光板8，从各第2透镜3131射出的部分光束经由开口部81入射到偏振转换部7(偏振分离层73)。由此，抑制了该部分光束直接入射到偏振转换部7的反射层74。但是，如果各部分光束不直接入射到反射层74，则并非一定需要遮光板8。

[偏振转换部的结构]

图3是示出偏振转换元件6的剖视图(是示出沿着XZ平面的截面的图)。在该图3中，通过了偏振转换元件6的光中的s偏振光的光路以带有黑圆的实线来示出，p偏振光的光路以带有垂直线的实线来示出。

如图3所示，偏振转换部7具有：偏振分离元件阵列71，其将入射光束分离为2个种线偏振光而射出；以及多个相位差层75(751～756)。

偏振分离元件阵列71具有多个基材72、多个偏振分离层73以及多个反射层74。该偏振分离元件阵列71构成为以穿过+X方向的中央并且沿着+Y方向的中心线CL为中心呈线对称。该中心线CL与照明光轴Ax交叉。

多个基材72分别是由透光性材料(例如白板玻璃)形成的柱状体，并沿着+X方向排列。在该多个基材72中包含沿着XZ平面的截面为等腰直角三角形的基材721、以及沿着XZ平面的截面为平行四边形的基材722，将它们组合而形成整体为板状的偏振分离元件阵列71。偏振分离层73以及反射层74位于这些基材72之间。

偏振分离层73(731～736)以及反射层74(741～746)分别形成为在+Y方向上具有长度方向的矩形形状。其中，3个偏振分离层73(731、733、735)与3个反射层74(741、743、745)从上述中心线CL朝向+X方向分别交替配置。此外，3个偏振分离层73(732、734、736)与3个反射层74(742、744、746)同样地从中心线CL朝向-X方向分别交替配置。这些偏振分离层73以及反射层74相对于照明光轴Ax倾斜大致45°。

各偏振分离层73是将包含s偏振光成分以及p偏振光成分的偏振光束分离为2种线偏振光的层，由使所入射的光中的一方的线偏振光透过并使另一方的线偏振光反射的电介质多层膜构成。另外，在本实施方式中，偏振分离层73使p偏振光(第2偏振光)透过，并使s偏振光(第1偏振光)反射。

各反射层74和与该反射层74相邻的1个偏振分离层73成组地发挥功能。即，1个反射层74与1个偏振分离层73以1对1的方式对应，并且该反射层74与该偏振分离层73对置地配置。这些反射层74将被对应的偏振分离层73反射后的线偏振光以沿着透过该偏振分离层73的线偏振光的行进方向(+Z方向)的方式反射。这样的反射层74由反射膜构成，该反射膜由电介质多层膜形成。

相位差层75(751～756)具有作为1/2波长板的功能，该相位差层75(751～756)位于从偏振分离元件阵列71射出的2种线偏振光中的一方的线偏振光的光路上，并且将该一方的线偏振光的偏振方向旋转90°而使其与另一方的线偏振光的偏振方向相同。

这些相位差层75设置于偏振分离元件阵列71的光射出面(各基材72的光射出面)中的、射出透过偏振分离层73的线偏振光的部分。换言之，当从光射出侧观察偏振分离元件阵列71时，在与偏振分离层736、734、732、731、733、735分别重叠的位置配置有相位差层756、754、752、751、753、755。而且，各相位差层75在使透过偏振分离层73的p偏振光通过的过程中将该p偏振光转换为s偏振光。

这样的相位差层75由分别设定有光轴(快轴以及慢轴)的2块石英板重合而构成。这些光轴在沿着通过石英板的光的行进方向观察时彼此大致垂直，并且分别相对于石英板的入射面的法线垂直。即，在本实施方式中，在相位差层75中设定的快轴以及慢轴与该相位差层75的光入射面的法线(与照明光轴Ax一致)垂直。另外，在通过1块石英板实现1/2波长板的情况下，该石英板的厚度非常薄，制作1/2波长板较困难，因此，将2块石英板重叠来构成1/2波长板。

[基于相位差层的偏振转换特性]

一般情况下，将2块石英板重叠而构成的相位差层(相位差板)的偏振转换效率根据光相对于该相位差层的光入射面的入射角(与光入射面的法线的交叉角)而变化。另外，在以下的说明中，将光沿着该光入射面的法线入射的情况下的相位差层的偏振转换效率作为基准效率。

例如，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察慢轴被设定为某个方位角的相位差层时、相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着慢轴的情况下，相位差层的偏振转换效率对应于该光的入射角而相对于上述基准效率向短波长侧移位。

另外，慢轴的方位角是指该慢轴与入射到相位差层的线偏振光(p偏振光)的偏振面所成的角度。

图4是将相对于光入射面倾斜的光沿着慢轴入射到该慢轴的方位角为45°的相位差层的情况下的、偏振转换效率按照该光的每个入射角而示出的曲线图(示出偏振转换效率的角度特性的曲线图)。在该图4中，光沿着光入射面的法线入射的情况下(入射角为0°的情况)的相位差层的偏振转换效率(基准效率)通过实线来示出，入射角为±3°的情况下的偏振转换效率以及入射角为±6°的情况下的偏振转换效率分别通过双点划线以及虚线来示出。

例如，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察慢轴的方位角为45°的相位差层时、相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着慢轴的情况下，并且该光的入射角为±3°的情况下，相位差层的偏振转换效率如图4中双点划线所示那样，相对于图4中实线所示的上述基准效率向短波长侧移位。

此外，在光相对于光入射面的入射角为±6°的情况下，相比于该入射角为±3°的情况，相位差层的偏振转换效率如图4中虚线所示那样进一步向短波长侧移位。

另一方面，在沿着光入射面的法线从光入射侧观察慢轴被设定为某个方位角的相位差层时、相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着与慢轴垂直的方向的情况下，相位差层的偏振转换效率对应于该光的入射角(相对于光入射面的法线的角度)而相对于上述基准效率向长波长侧移位。

这样，在将慢轴分别被设定为相同方位角的相位差层用于偏振转换元件6的各相位差层75的情况下，偏振转换效率对应于入射的光的入射角而相对于上述基准效率向短波长侧或者长波长侧移位。

因此，所期待的对线偏振光的偏振转换效率根据光相对于相位差层的入射角而下降。

当通过了这样的结构的偏振转换元件6并被颜色分离装置32分离后的各色光分别经由入射侧偏振片342入射到光调制装置343的图像形成区域时，在该图像形成区域产生了照度不均。因此，具有如下问题：在通过各光调制装置343对各色光进行调制而形成的图像中产生了颜色不均。

针对这样的问题，在本实施方式中，偏振转换元件6所具有的多个相位差层75配置为：该多个相位差层75中的至少1个相位差层75的慢轴的方向与其他相位差层75的慢轴的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称。

例如，配置上述多个相位差层75，使得在该至少1个相位差层75的慢轴的方位角为45°的情况下，该其他相位差层75的慢轴的方位角为135°。

图5是将光以沿着光入射面的法线从光入射侧观察时与该慢轴垂直的方向相对于光入射面倾斜地入射到慢轴的方位角为135°的相位差层的情况下的、偏振转换效率按照光的每个入射角而示出的曲线图(示出偏振转换效率的角度特性的曲线图)。该在图5中，光沿着该法线入射的情况(入射角为0°的情况)下的偏振转换效率(基准效率)通过实线来示出，入射角为±3°的情况下的偏振转换效率以及入射角为±6°的情况下的偏振转换效率分别通过双点划线以及虚线来示出。

这里，在沿着慢轴的方位角为135°的相位差层的光入射面的法线从光入射侧观察该相位差层时、相对于光入射面倾斜地入射的光的光路沿着与慢轴垂直的方向的情况下，并且，该光的入射角为±3°的情况下，相位差层的偏振转换效率如图5中双点划线所示那样，相对于图5中实线所示的上述基准效率向长波长侧移位。

此外，在光相对于光入射面的入射角为±6°的情况下，相比于该入射角为±3°的情况，相位差层的偏振转换效率如图5中虚线所示那样，进一步向长波长侧移位。

另外，对于如下两种光而言，光相对于各个相位差层的的行进方向相同：当沿着光入射面的法线从光入射侧观察慢轴的方位角为135°的相位差层时、相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着与慢轴垂直的方向并且上述入射角为±3°的光；以及当沿着光入射面的法线从光入射侧观察慢轴的方位角为45°的相位差层时、相对于该光入射面倾斜地入射的光的光路沿着慢轴并且上述入射角为±3°的光。

因此，能够通过慢轴的方位角为45°的相位差层75(相当于上述第1相位差层以及第2相位差层中的一方)、和慢轴的方位角为135°的相位差层75(相当于上述第1相位差层以及第2相位差层中的另一方)来相互抵消光相对于光入射面倾斜地入射的情况下的偏振转换效率的变动。即，在各相位差层75之间，能够相互抵消由光的入射角引起的各相位差层的偏振转换效率的变动。

由此，能够抑制在各光调制装置343的图像形成区域中产生照度不均，而且，能够抑制在通过该各光调制装置343形成并显示的图像中产生颜色不均。

[各相位差层的慢轴的方向]

图6是示出从光射出侧观察的情况下的上述偏振转换元件6的相位差层75(751～756)中设定的慢轴SA的方向的图。

另外，在本实施方式中，如图6所示，偏振转换元件6中的6个相位差层751～756配置为：偏振转换元件6(偏振转换部7)的相对于中心线CL位于+X方向侧的相位差层751、753、755的慢轴SA的方向与相对于该中心线CL位于-X方向侧的相位差层752、754、756的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴(例如中心线CL)为中心呈线对称。

换言之，位于偏振转换元件6的中央的相位差层751、752配置为各自的慢轴SA的方向以上述轴为中心呈线对称。此外，隔着这些相位差层751、752的相位差层753、754配置为各自的慢轴SA的方向以上述轴为中心呈线对称。而且，隔着这些相位差层753、754的相位差层755、756也配置为各自的慢轴SA的方向以上述轴为中心呈线对称。

另外，在本实施方式中，在相位差层751、753、755中，慢轴SA的方位角为45°，在相位差层752、754、756中，慢轴SA的方位角为135°。即，相位差层751、753、755的慢轴SA的方向与相位差层752、754、756的慢轴SA的方向垂直。

此外，各相位差层751～756的慢轴SA与各相位差层751～756的入射面的法线垂直。

图7是示出相位差层75整体(6个相位差层75)的偏振转换效率的曲线图。换言之，图7是示出偏振转换元件6所具有的6个相位差层75的偏振转换效率的平均的曲线图(示出偏振转换效率的角度特性的曲线图)。

根据上述偏振转换元件6，如图7所示，通过各自的慢轴SA的方向平行的相位差层751、753、755以及慢轴SA的方向与该相位差层751、753、755呈线对称的相位差层752、754、756，各个相位差层75的偏振转换效率被平均化。即，在相位差层751、753、755与相位差层752、754、756之间，由光的入射角引起的偏振转换效率的变动被抵消。由此，在相位差层75整体中，能够抑制与光的入射角对应的偏振转换效率的变动，能够实现不依赖于入射角的偏振转换效率，因此，能够抑制上述照度不均的产生，而且能够抑制在所显示的图像中产生上述颜色不均。

这里，根据光源装置4的类别以及结构，射出了照明光轴Ax附近的亮度高并且随着远离该照明光轴Ax而亮度变低的光束。

因此，在位于与照明光轴Ax隔开等距离的位置处的相位差层751、752(以中心线CL为中心处于对称位置的相位差层751、752)中，分别入射有相同亮度的光。同样地，在位于与照明光轴Ax隔开等距离的位置处的相位差层753、754(以中心线CL为中心处于对称位置的相位差层753、754)中，也分别入射有相同亮度的光，在位于与照明光轴Ax隔开等距离的位置处的相位差层755、756(以中心线CL为中心处于对称位置的相位差层755、756)中，也分别入射有相同亮度的光。而且，如上所述，相位差层751、753、755的慢轴SA的方向与相位差层752、754、756的慢轴SA的方向彼此呈线对称。

由此，能够使入射到相位差层751、753、755的光量和入射到慢轴SA的方向与这些相位差层751、753、755呈线对称的相位差层752、754、756的光量一致。因此，能够适当抑制在被从偏振转换元件6射出的光束照明的上述图像形成区域中产生照度不均，而且能够抑制在所形成的图像光中产生颜色不均。

根据具有以上说明的本实施方式的偏振转换元件6的投影仪1，能够起到以下的效果。

构成偏振转换元件6的6个相位差层75中的相位差层751、753、755的慢轴SA的方向与相位差层752、754、756的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴(例如中心线CL)为中心呈线对称。由此，光相对于光入射面以某个入射角入射的情况下的相位差层75的偏振转换效率在相位差层751、753、755(第1相位差层)和相位差层752、754、756(第2相位差层)中向相反方向移位。因此，能够通过相位差层751、753、755和相位差层752、754、756来相互抵消与所入射的光的入射角对应的偏振转换效率的变动。即，在各相位差层75之间，能够相互抵消由光的入射角引起的各相位差层75的偏振转换效率的变动。由此，如上所述，能够抑制在各光调制装置343的图像形成区域中产生照度不均。因此，能够抑制在所投射的图像中产生颜色不均。

相位差层75的个数为偶数(6个)。这些相位差层75中的位于以沿着+Y方向的中心线CL为中心的对称位置的相位差层751、752各自的慢轴SA的方向呈线对称。同样地位于对称位置的相位差层753、754各自的慢轴SA的方向呈线对称，而且，同样地位于对称位置的相位差层755、756各自的慢轴SA的方向呈线对称。由此，能够使大致相同光量的光入射到成对的2个相位差层75(慢轴的方向以上述轴为中心彼此呈线对称的2个相位差层75)的每个相位差层中。因此，能够使通过了相位差层751、753、755的光量和通过了慢轴SA的方向与该相位差层751、753、755呈线对称的相位差层752、754、756的光量大体一致。而且，由此，能够使重叠地入射到上述图像形成区域的光的照度分布均匀化，能够适当抑制上述照度不均的产生和上述颜色不均的产生。

[第1实施方式的变形]

图8～图10是从光射出侧分别观察到的偏振转换元件6A～6C的图。

在上述偏振转换元件6中，在相位差层751、753、755中，慢轴SA的方位角为45°，在相位差层752、754、756中，慢轴SA的方位角为135°。但是，偏振转换元件所具有的多个相位差层只要配置为，至少1个相位差层的慢轴SA的方向与其他相位差层的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称即可，各相位差层的慢轴SA的方向不限于上述方向。

作为这样的偏振转换元件，除了上述偏振转换元件6之外，还例示了图8～图10所示的偏振转换元件6A～6C。另外，偏振转换元件6A～6C除了相位差层75的慢轴SA的方向不同之外，具有与上述偏振转换元件6同样的结构以及功能。

在偏振转换元件6A中，如图8所示，相位差层751～756的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6的相位差层751～756相反。具体而言，在偏振转换元件6A中，相位差层751、753、755的慢轴SA的方位角为135°，相位差层752、754、756的慢轴SA的方位角为45°。

在偏振转换元件6B中，如图9所示，相位差层751、752、755、756的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6相同。另一方面，相位差层753、754的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6的相位差层753、754相反。具体而言，在偏振转换元件6B中，相位差层753的慢轴SA的方位角为135°，相位差层754的慢轴SA的方位角为45°。

另外，可以替代这样的结构，使相位差层751、752以及相位差层755、756中的至少任意一方的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6相反，或者，除了这样的结构以外，还使相位差层751、752以及相位差层755、756中的至少任意一方的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6相反。

通过这些偏振转换元件6A、6B，也能够起到与上述偏振转换元件6同样的效果。

在偏振转换元件6C中，如图10所示，替代相位差层751、752而设置有将相位差层751、752一体化而得的相位差层757(中央相位差层)。该相位差层757的+X方向上的尺寸是其他相位差层753～756各自的+X方向上的尺寸的2倍。这样的相位差层757的慢轴SA的方向与隔着该相位差层757的一对相位差层753、754的慢轴SA的方向以上述轴为中心呈线对称。另一方面，相位差层755、756的慢轴SA的方向以作为上述轴之一的中心线CL为中心彼此呈线对称。

通过这样的偏振转换元件6C，也能够起到与上述偏振转换元件6同样的效果。

此外，在偏振转换元件6C中，相位差层75的个数为奇数，如上所述，作为中央相位差层的相位差层757的+X方向上的尺寸比其他相位差层753～756各自的+X方向上的尺寸大。而且，相位差层757的慢轴SA的方向与隔着该相位差层757的一对相位差层753、754的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称。由此，能够使入射到相位差层757的光量与入射到相位差层753、754的光量为相同程度。因此，能够使重叠地入射到上述图像形成区域的光的照度分布均匀化，能够适当抑制上述照度不均的产生，而且能够适当抑制在图像光中产生颜色不均。

此外，在偏振转换元件6C中，相位差层75设置有5个，在+X方向上位于最外侧的相位差层755、756的慢轴SA的方向彼此呈线对称。由此，能够与上述相位差层753、754、757相结合，更适当地使上述照度分布均匀化。因此，能够更适当地抑制上述照度不均以及上述颜色不均的产生。

另外，可以根据入射到偏振转换元件6C的光的照度分布，使相位差层755、756中的一个相位差层的慢轴SA的方向与相位差层757或者相位差层753、754的慢轴SA的方向一致。此外，相位差层757可以被分离为相位差层751、752。

[第2实施方式]

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。

本实施方式的投影仪具有与上述投影仪1同样的结构。这里，在上述偏振转换元件6、6A～6C中，偏振分离层73、反射层74以及相位差层75配置为以中心线CL为中心呈线对称。与此相对，在本实施方式的投影仪所具有的偏振转换元件中，从-X方向侧的端部朝向+X方向，反射层74以及偏振分离层73交替地配置，从光射出侧观察时，与该偏振分离层73对应地配置相位差层75。在该点上，本实施方式的投影仪与上述投影仪1存在差异。另外，在以下的说明中，对与已经说明的部分相同或者大致相同的部分标注同一标号并省略说明。

图11是示出本实施方式的投影仪所具有的偏振转换元件6D的剖视图。详细叙述的话，图11是示出偏振转换元件6D以及将入射到该偏振转换元件6D的部分光束射出的第2透镜阵列313的沿着XZ平面的截面的图。

如图11所示，本实施方式的投影仪除了具有偏振转换元件6D来替代偏振转换元件6之外，具有与上述投影仪1同样的结构以及功能。此外，偏振转换元件6D具有偏振转换部7D以及遮光板8。

偏振转换部7D与上述偏振转换部7同样地，具有：板状的偏振分离元件阵列71D，其将从各第2透镜3131入射的部分光束分离为2种线偏振光并射出；以及多个相位差层75。此外，偏振分离元件阵列71D具有多个基材72D、多个偏振分离层73以及多个反射层74。

多个基材72D由与上述基材72同样的材料形成为沿着+Y方向的柱状，并沿着+X方向排列。该多个基材72D包含沿着XZ平面的截面为等腰直角三角形的2个基材721、以及沿着XZ平面的截面为平行四边形的11个基材722。其中，基材722沿着+X方向并列配置，基材721分别配置于+X方向侧的端部以及-X方向侧的端部。而且，在相邻的2个基材72D的界面处配置有偏振分离层73或者反射层74。

偏振分离层73以及反射层74从偏振分离元件阵列71D的-X方向侧的端部朝向+X方向交替地排列。另外，这些偏振分离层73以及反射层74的功能如上所述。

在这样的偏振分离元件阵列71D的光射出面中，从与各偏振分离层73对应的位置射出上述一方的线偏振光(在本实施方式中是p偏振光)，从与各反射层74对应的位置射出上述另一方的线偏振光(在本实施方式中是s偏振光)。

与上述偏振转换元件6同样地，多个相位差层75分别配置于在偏振分离元件阵列71D的光射出面中与各偏振分离层73对应的位置处。

图12是从光射出侧观察到的偏振转换元件6D的图，是示出各相位差层75的慢轴SA的方向的图。

这些相位差层75(从-X方向侧起依次设为相位差层756、754、752、751、753、755)中的至少1个相位差层75的慢轴SA与其他相位差层75的慢轴SA以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称。

具体而言，在偏振转换元件6D中，如图12所示，从中心线CL起位于+X方向侧的相位差层751、753、755的慢轴SA的方向与从该中心线CL起位于-X方向侧的相位差层752、754、756的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴为中心彼此呈线对称。详细叙述的话，相位差层751、753、755的各慢轴SA的方向彼此平行，该慢轴SA的方位角为45°。另一方面，相位差层752、754、756的各慢轴SA的方向彼此平行，该慢轴SA的方位角为135°。

由此，与上述偏振转换元件6的情况同样地，在慢轴SA的方向彼此呈线对称的相位差层751、753、755与相位差层752、754、756之间，能够相互抵消由光的入射角引起的偏振转换效率的变动。因此，即使通过这样的偏振转换元件6D，也能够起到上述偏振转换元件6同样的效果。

此外，伴随于此，在分别与照明光轴Ax接近的2个相位差层751、752中，慢轴SA的方向彼此呈线对称，在隔着该相位差层751、752的2个相位差层753、754和隔着该相位差层753、754的2个相位差层755、756中也同样如此。因此，能够使入射到相位差层751、753、755的光量与入射到相位差层752、754、756的光量大体一致。

因此，根据本实施方式的投影仪，能够起到与上述投影仪1同样的效果。

[第2实施方式的变形例]

图13～图15是分别从光射出侧观察到的偏振转换元件6E～6G的图。

在上述偏振转换元件6D中，相位差层751、753、755的慢轴SA的方位角被设定为45°，相位差层752、754、756的慢轴SA的方位角被设定为135°。但是，如上所述，只要多个相位差层75中的至少1个相位差层75的慢轴SA的方向与其他相位差层75的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称即可。作为这样的偏振转换元件，除了上述偏振转换元件6D之外，还例示有图13～图15所示的偏振转换元件6E～6G。

另外，偏振转换元件6E～6G除了各相位差层75的慢轴SA的方向不同之外，具有与上述偏振转换元件6D同样的结构以及功能。

在偏振转换元件6E中，如图13所示，相位差层751～756的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6D的相位差层751～756相反。具体而言，在偏振转换元件6D中，相位差层751、753、755的慢轴SA的方位角为135°，相位差层752、754、756的慢轴SA的方位角为45°。

在偏振转换元件6F中，如图14所示，相位差层751、752、755、756的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6D相同。但是，相位差层753、754的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6D的相位差层753、754相反。即，在偏振转换元件6F中，相位差层753的慢轴SA的方位角为135°，相位差层754的慢轴SA的方位角为45°。

另外，可以替代这样的结构，使相位差层751、752以及相位差层755、756中的至少任意一方的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6D相反，或者，除了这样的结构以外，还使相位差层751、752以及相位差层755、756中的至少任意一方的慢轴SA的方向与上述偏振转换元件6D相反。

在偏振转换元件6G中，如图15所示，与照明光轴Ax最近的相位差层752的慢轴SA的方向与隔着该相位差层752的相位差层751、754以及位于该相位差层751的+X方向侧的相位差层753的慢轴SA的方向以沿着+Y方向的轴(例如中心线CL)为中心呈线对称。此外，在+X方向上隔着这些相位差层751～754的相位差层755、756的慢轴SA的方向与相位差层752的慢轴SA的方向平行。即，在偏振转换元件6G中，在相位差层751、753、754以及慢轴SA的方向相对于该相位差层751、753、754呈线对称的相位差层752、755、756中，所入射的光量分别相同。

这样，如上所述，各相位差层75的慢轴SA的方向(方位角)不限于上述情况，能够根据入射到偏振转换元件的光的亮度分布、入射到各相位差层75的光量而适当变更。

通过该偏振转换元件6E～6G，也能够起到与上述偏振转换元件6D同样的效果。

[各实施方式的变形]

本发明不限于上述各实施方式，能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等包含于本发明。

在上述各实施方式以及变形中，设定偏振转换元件6、6A～6G所具有的相位差层75的慢轴SA的方向以及方位角，使得大致相同的光量入射到具有某个方位角的慢轴SA的相位差层75、以及慢轴SA的方向相对于该慢轴SA呈线对称的相位差层75中。但是，不限于此，只要偏振转换元件所具有的多个相位差层中的至少1个相位差层的慢轴的方向与其他至少1个相位差层的慢轴的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称即可。在该情况下，该至少1个相位差层的入射角依赖性朝向抵消该其他至少1个相位差层的上述入射角依赖性的方向产生作用，因此，能够抑制上述照度不均以及上述颜色不均的产生。而且，优选该至少1个相位差层的慢轴的方向与该其他至少1个相位差层的慢轴的方向以沿着+Y方向的轴为中心呈线对称并且垂直。

此外，多个相位差层75中的至少1个相位差层75(例如偏振转换元件6的相位差层751)的慢轴SA的方向与其他相位差层75(例如偏振转换元件6的相位差层752)的慢轴SA的方向以中心线CL为中心呈线对称。但是，不限于此，只要至少1个相位差层75的慢轴SA的方向与其他至少1个相位差层75的慢轴SA的方向以沿着+Y方向(第3方向)的轴为中心呈线对称即可，该+Y方向(第3方向)分别与+X方向(第1方向)和+Z方向(第2方向)垂直。该轴不限于中心线CL。

在上述各实施方式以及变形中，相位差层75的慢轴SA的方位角为45°或者135°。但是，不限于此，慢轴的方位角能够适当变更，该相位差层75的慢轴SA可以不彼此垂直。

在上述各实施方式以及变形中，相位差层75在偏振分离元件阵列71、71D中与偏振分离层73对应地设置。即，相位差层75位于被偏振分离层73分离后的p偏振光的光路上。但是，不限于此，相位差层75可以与反射层74对应地配置，位于被该反射层74反射后的s偏振光的光路上。在该情况下，相位差层75只要将入射的s偏振转换为p偏振光即可。

此外，相位差层75的个数为5或者6。但是，不限于此，相位差层75只要按照所对应的偏振分离层73或者反射层74而配置有多个即可，偏振分离层73、反射层74以及相位差层75各自的个数不受限制。

在上述各实施方式以及变形中，偏振分离层73以及反射层74位于多个基材72、72D之间，相位差层75设置于该基材72、72D。但是，不限于此，只要能够将该偏振分离层73、反射层74以及相位差层75固定，则基材72、72D并不是必须的。

在上述各实施方式以及变形中，相位差层75采用具有石英板的结构。但是，不限于此，相位差层可以是具有蓝宝石基板的结构。这里，由于石英是正单轴晶体，而蓝宝石是负单轴晶体，因此，在入射相对于光入射面倾斜的光的情况下，偏振转换效率移位的方向相反，但通过由蓝宝石基板构成的相位差层，也能够起到与上述同样的效果。

在上述各实施方式中，投影仪包含分别具有液晶面板的3个光调制装置343(343R、343G、343B)。但是，不限于此，还能够将本发明应用于具有2个以下或者4个以上的光调制装置的投影仪。

在上述各实施方式中，图像投射装置3采用以图1所示的布局配置上述光学部件的结构。但是，不限于此，在图像投射装置3中，该布局能够适当变更，还可以省略一部分光学部件。

在上述各实施方式中，光调制装置343采用具有光入射面与光射出面不同的透射型的液晶面板的结构。但是，不限于此，光调制装置343也可以采用具有光入射面与光射出面相同的反射型的液晶面板的结构。此外，只要是能够对入射光束进行调制而形成与图像信息对应的图像的光调制装置，则可以使用利用了微镜器件(例如DMD(DigitalMicromirror Device：数字微镜器件)等)的光调制装置等、液晶以外的光调制装置。

在上述各实施方式中，列举了将本发明的偏振转换元件6、6A～6G应用于投影仪的例子。但是，不限于此，也可以将本发明的偏振转换元件用于其他设备以及装置。此外，还可以将包含光源装置和本发明的偏振转换元件的照明装置用于投影仪以外的电子设备。

Claims (5)

1.一种偏振转换元件，其特征在于，具有：

多个偏振分离层和多个反射层，它们沿着第1方向交替配置；以及

多个相位差层，

所述多个偏振分离层使入射的光中的第1偏振光沿着所述第1方向反射，使第2偏振光沿着与所述第1方向垂直的第2方向透过，

所述多个反射层使被所述多个偏振分离层中的对应的偏振分离层反射的所述第1偏振光沿着所述第2方向反射，

所述多个相位差层设置于被所述多个反射层反射的所述第1偏振光、以及透过所述多个偏振分离层的所述第2偏振光中的一方的偏振光的光路上，将入射的所述一方的偏振光转换为另一方的偏振光，

所述多个相位差层中的至少1个相位差层的慢轴的方向与其他相位差层的慢轴的方向是以沿着第3方向的轴为中心呈线对称的，所述第3方向与所述第1方向以及所述第2方向分别垂直。

2.根据权利要求1所述的偏振转换元件，其特征在于，

所述多个相位差层的数量为偶数，

所述多个相位差层中的、在所述第1方向上处于对称位置的2个相位差层各自的慢轴的方向是呈线对称的。

3.根据权利要求1所述的偏振转换元件，其特征在于，

所述多个相位差层的数量为奇数，

所述多个相位差层中的中央相位差层的所述第1方向上的尺寸比其他相位差层的所述第1方向上的尺寸大，所述中央相位差层是位于所述第1方向上的中央的相位差层，

所述多个相位差层中的、隔着所述中央相位差层的一对相位差层的慢轴的方向与所述中央相位差层的慢轴的方向是呈线对称的。

4.根据权利要求3所述的偏振转换元件，其特征在于，

所述多个相位差层设置有5个，

所述多个相位差层中的、在所述第1方向上位于所述一对相位差层的外侧的2个相位差层的慢轴的方向是彼此呈线对称的。

5.一种投影仪，其特征在于，具有：

光源装置；

光调制装置，其对从所述光源装置射出的光进行调制；

投射光学装置，其投射被所述光调制装置调制后的光；以及

权利要求1～4中的任意一项所述的偏振转换元件，其配置于所述光源装置与所述光调制装置之间。