JP2001042129A - 光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素子 - Google Patents

光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光分離器と偏光変換器を一体形成すること
により簡潔に構成し，光効率を増大させ，生産性を高め
ることのできる偏光変換素子を提供する。 【解決手段】ブルースター角で入射する光をλ／２の位
相差で変換させる所定の厚さを有する媒質の前後面に偏
光分離膜として多層誘電コーティングする。ブルースタ
ー角で入射した光は前面偏光分離膜においてＳ偏光波は
反射してＰ偏光波は透過し，前記透過したＰ偏光波が前
記媒質の所定厚さを通過しながらλ／２の位相差で変換
され，前記偏光分離膜により反射したS偏光波と同じS偏
光波を持って進行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光投射形ディスプレ
イ装置に関し，特に，光効率を増大させ生産性を高める
ために偏光分離器と偏光変換器を簡単に一体化させた偏
光変換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般的にプロジェクションテレビやビデ
オプロジェクタなどのような製品の映像投射システムで
は，特殊製作された小型陰極線管や液晶表示素子，又は
ポリマ分散液晶表示パネルなどの映像ディスプレイ装置
を使用して映像を発生させる。そして，発生した映像を
投射レンズを介して大型画面が得られるという利点があ
るので，このような映像投射システムの需要は日ごとに
増大している。
【０００３】図３は従来の偏光ビームスプリッタを利用
した光投射形ディスプレイ装置の光学系の構成を示す図
面である。図示したように，偏光ビームスプリッタを利
用した光投射形ディスプレイ装置１０は，光源１１，偏
光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ
Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下ＰＢＳ）１２，反射鏡１３，偏
光変換器１４からなる。ＰＢＳ１２は光源１１から出射
される光をＳ偏光波１８とＰ偏光波１９に分離してＳ偏
光波１８は反射させるがＰ偏光波１９は通過させる。反
射鏡１３はＰＢＳ１２から反射されるＳ偏光波１８をＰ
偏光波１９と同じ方向に進行するように反射させる板状
の反射鏡である。偏光変換器１４はＰＢＳ１２，及び反
射鏡１３によって方向を変えたＳ偏光波１８の位相をλ
／２で変換し通過させる二分の一波長板（ｈａｌｆ?ｗ
ａｖｅ ｐｌａｔｅ）の偏光変換器である。
【０００４】また，光投射形ディスプレイ装置１０は，
ＰＢＳ１２から出射されるP偏光波１９と二分の一波長
板を通過するＳ偏光波１８を集光する集光レンズ１５，
集光レンズ１５から出射された光が透過する液晶表示素
子１６，及びスクリーン（図示せず）に液晶表示素子１
６の液晶層を透過した入射光を拡大投射させる投射レン
ズユニット１７をさらに具備する。
【０００５】前記のように構成された光投射形ディスプ
レイ装置１０では，光源１１から発生した光がＰＢＳ１
２に入射するとＰ偏光波１９は透過するがＳ偏光波１８
は反射するので二つの偏光成分に分離される。そして，
透過したＰ偏光波１９は液晶表示素子１６へ入射する。
また，反射したＳ偏光波１８は方向転換反射鏡１３によ
り方向が変わり，偏光変換器１４によってＰ偏光波に変
換され液晶表示素子１６へ入射する。
【０００６】図４は従来の偏光分離ガラスを利用した光
投射形ディスプレイ装置の光学系構成を示す図面であ
る。図示したように，偏光分離ガラスを利用した光投射
形ディスプレイ装置２０は光源２１，偏光分離媒質２
２，反射鏡２３，偏光変換器２４からなる。偏光分離媒
質２２は光源２１から出射された光をＳ偏光波２８とＰ
偏光波２９に分離しＳ偏光波２８は反射するがＰ偏光波
２９は透過させる。反射鏡２３は偏光分離媒質２２から
出射されるＰ偏光波２９がＳ偏光波２８と同じ方向に進
行するように反射させる板状の反射鏡である。偏光変換
器２４は反射鏡２３により方向が変わったＰ偏光波２９
の位相をλ／２で変換し通過させる二分の一波長板の偏
光変換器である。
【０００７】また，光投射形ディスプレイ装置２０は偏
光分離媒質２２から出射されるＳ偏光波２８と二分の一
波長板を通過するＰ偏光波２９が透過する液晶表示素子
２５及びスクリーン（図示せず）に液晶表示素子２５の
液晶層を透過した入射光を拡大投射させる投射レンズユ
ニット２７をさらに備える。
【０００８】前記のように構成された光投射形ディスプ
レイ装置２０では，光源２１から発射された光が偏光分
離媒質２２に入射すると，Ｐ偏光波２９は透過し，Ｓ偏
光波２８は反射して二つの偏光成分に分離される。そし
て，反射したＳ偏光波は液晶表示素子２５へ入射する。
また，透過したＰ偏光波は方向転換反射鏡２３により方
向が転換され偏光変換器２４によりＳ偏光波に変換され
液晶表示素子２５へ入射する。
【０００９】しかしながら，前記ＰＢＳや偏光分離器を
使用する場合，光投射形ディスプレイ装置は光効率が１
／２に減少する。また，偏光変換器は高価であるためコ
スト上昇の原因となる。
【００１０】さらに，光投射形ディスプレイ装置は，光
度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ）の空間的
な均一性を確保するため，小さい偏光分離器と偏光変換
器を光路に直角となる面に結合し使用するので制作や組
立の工程が複雑で難しくなり生産性が著しく劣る問題が
あった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は，このような
問題点に鑑みてなされたもので，その目的とするところ
は，偏光分離器と偏光変換器を一体形成することにより
簡潔に構成し，光効率を増大させ，生産性を高めること
のできる偏光変換素子を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述した課題を達成する
ために本発明は，所定の厚さを有する媒質と，前記媒質
の少なくとも前面にコーティングされた偏光分離膜とを
備え，ブルースター角で入射する光を前面にコーティン
グされた前記偏光分離膜においてＳ偏光波は反射してＰ
偏光波は透過し，前記透過したＰ偏光波が前記媒質の所
定厚さを通過しながらλ／２の位相差で変換され，前記
偏光分離膜により反射したＳ偏光波と同じＳ偏光波を持
って進行することを特徴とする光投射形ディスプレイ装
置の偏光変換素子である。
【００１３】また，本発明は所定の厚さを有する媒質
と，前記媒質の前面にコーティングされた偏光分離膜
と，前記媒質の後面にコーティングされた全反射鏡とを
備え，ブルースター角で入射する光を前面にコーティン
グされた前記偏光分離膜においてＳ偏光波は反射してＰ
偏光波は透過し，前記全反射鏡面により全反射すること
により前記媒質の所定厚さを往復しながらλ／２の位相
差で変換され，前記偏光分離膜により反射したS偏光波
と同じS偏光波を持って進行することを特徴とする光投
射形ディスプレイ装置の偏光変換素子である。
【００１４】前記媒質は可視光線領域で正常屈折率と異
常屈折率が互いに異なる短光軸複屈折材質が良い。ま
た，偏光分離膜は入射する光をS偏光波は反射してP偏光
波のみ透過する偏光純度を高めるための薄膜コーティン
グが良く，多層誘電コーティングであっても良い。
【００１５】したがって，本発明は偏光分離と偏光変換
を同時に遂行する媒質構造の素子を使用することによ
り，光効率を高めてコストの低減を図りながら生産性を
上げる長所がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下，図面に基づいて，本発明の
実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の
形態による光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素子１
０４を示す断面図である。図示したようにディスプレイ
装置の偏光変換素子１０４は所定厚さを有する媒質１０
４ａと媒質１０４ａの前面と後面にコーティングされた
偏光分離膜１０４ｂからなる。
【００１７】媒質１０４ａは可視光線領域（波長：４０
０〜７００ｎｍ）で正常屈折率（Ｏｒｄｉｎａｒｙ Ｒ
ｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ）と異常屈折率（Ｅｘ
ｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎ
ｄｅｘ）が互いに異なる短光軸複屈折材質である。
【００１８】媒質１０４ａは結晶質の水晶（Ｃｒｙｓｔ
ａｌｌｉｎｅ Ｑｕａｒｔｚ）が良く，波長５００ｎｍ
の光における平均屈折率は１．５５０６であり，正常屈
折率と異常屈折率の差である複屈折率が０．００９０の
材質を使用するのが良い。
【００１９】また，媒質１０４ａはポリカーボネートフ
ィルム（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ ｆｉｌｍ）等の
短光軸複屈折性質を有する有機材料（ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｅｒｉａｌ）も使用可能である。
【００２０】そして，入射するブルースター角（Ｂｒｅ
ｗｓｔｅｒ ａｎｇｌｅ）は下記式により求められ，上
記水晶の場合の計算値は５７．１８度である。
【００２１】θＢ＝ｔａｎ−１（Ｎｂｍ／Ｎｏ） θＢ：ブルースター角（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ ａｎｇｌ
ｅ） Ｎｂｍ：媒質１０４ａの平均屈折率 Ｎｏ：空気の屈折率 また，ブルースター角により媒質の厚さが求められる。
【００２２】Ｔ１＝２ｄ・ｃｏｓ（９０°−θＢ） Ｔ１：媒質１０４ａの厚さ ｄ：垂直透過時にＳ偏光波とＰ偏光波の成分がλ／４の
位相差を起こす厚さ この媒質１０４ａの厚さＴ１はブルースター角で入射す
る光１０１をλ／２の位相差に変換させる。
【００２３】また，偏光分離膜１０４ｂは薄膜コーティ
ング（ｔｈｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）である。そして，こ
の薄膜コーティングはブルースター角θＢで入射する光
１０１をS偏光波のＲ（Ｓ）１０２は反射しＰ偏光波の
Ｔ（Ｐ）１０６だけを透過する偏光純度を高めるための
多層誘電コーティング（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｄｉｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）である。
【００２４】以下，本実施例による光投射形ディスプレ
イ装置の偏光変換素子の動作を説明する。前面にコーテ
ィングされた偏光分離膜１０４ｂはブルースター角で入
射する入射光Ｉ（Ｐ＋Ｓ）１０１をＳ偏光波のＲ（Ｓ）
１０２は反射しＰ偏光波のＴ（Ｐ）１０６は透過する。
【００２５】透過されたＰ偏光波であるＴ（Ｐ）１０６
が，媒質の所定厚さＴ１を通過しながらλ／２の位相差
を有するようになり，反射されたＳ偏光波であるＲ
（Ｓ）１０２と同一なＳ偏光波のＴ２（Ｐ）１０３で進
行する。
【００２６】一方，図４は本発明の他の実施例による光
投射形ディスプレイ装置の反射形偏光変換素子を示す断
面図である。図示したように，光投射形ディスプレイ装
置の反射形偏光変換素子２０６は，所定厚さを有する媒
質２０６ａ，媒質２０６ａの前面にコーティングされた
偏光分離膜２０６ｂ，及び媒質２０６ａの後面にコーテ
ィングされた全反射鏡２０６ｃからなる。
【００２７】媒質２０６ａは前述した媒質１０４ａと同
じく複屈折材質又は有機材料フィルム（ｏｒｇａｎｉｃ
ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｉｌｍ）からなるが，厚さは詳
述した媒質１０４ａの厚さの１／２倍である。下記式に
よりその厚さが求められる。
【００２８】θＢ＝ｔａｎ−１（Ｎｂｍ／Ｎｏ） θＢ：ブルースター角（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ ａｎｇｌ
ｅ） Ｎｂｍ：媒質２０６ａの平均屈折率 Ｎｏ：空気の屈折率
【００２９】Ｔ２＝ｄ・ｃｏｓ（９０°−θＢ） Ｔ２：媒質２０６ａの厚さ ｄ：垂直透過時にＳ偏光波とＰ偏光波の成分がλ／４の
位相差を起こす厚さ
【００３０】そして，偏光分離膜２０６bは薄膜コーテ
ィングである。そして，この薄膜コーティングはブルー
スター角で入射する入射光Ｉ２０１をＳ偏光波のＲ２０
２は全反射してＰ偏光波のＴ２０３だけを透過する偏光
純度を高めるための多層誘電コーティングである。
【００３１】また，全反射鏡２０６ｃは媒質２０６ａを
透過した入射光Ｔ２０３を全反射させる。
【００３２】以下，光投射形ディスプレイ装置の反射形
偏光変換素子の動作を説明する。前面にコーティングさ
れた偏光分離膜２０６ｂはブルースター角で入射する入
射光Ｉ２０１をＳ偏光波のＲ２０２は全反射してＰ偏光
波のＴ２０３は透過する。
【００３３】透過したＴ２０３は媒質２０６ａの所定厚
さＴ２を透過しながら位相がλ／４変換される。そし
て，このλ／４の位相変換がなされたＴ２０３は全反射
鏡面２０６ｃにより反射された後，再び媒質２０６ａの
所定厚さＴ２を透過しながらλ／４の位相差を持つよう
になる。
【００３４】よって，Ｔ２０３はλ／２の位相変換が成
され偏光分離膜２０６ｂにて反射されたＳ偏光波のＲ２
０２と同じ方向であるＴＲＴ２０５を持って進行する。
【００３５】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かる光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素子の好適な
実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定
されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載され
た技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正
例に想到し得ることは明らかでありそれについても当然
に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
【発明の効果】以上，詳細に説明したように本発明によ
れば，偏光分離器と偏光変換器を一体形成することによ
り簡潔に構成し，光効率を増大させ，生産性を高めるこ
とのできる偏光変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による光投射形ディス
プレイ装置の偏光変換素子を示す断面図である。
【図２】 本発明の他の実施例による光投射形ディスプ
レイ装置の反射形偏光変換素子を示す図面である。
【図３】 従来の偏光ビームスプリッタを利用した光投
射形ディスプレイ装置の光学系構成を示す図面である。
【図４】 従来の偏光分離媒質を利用した光投射形ディ
スプレイ装置の光学系構成を示す図面である。
【符号の説明】
１０１：光（Ｌｉｇｈｔ） １０２：Ｓ偏光波 １０４：偏光変換素子 １０４ａ：媒質 １０４ｂ：偏光分離膜 １０５：反射鏡 １０６：Ｐ偏光波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BA42 BA43 BA47 BB03 BC22 2H088 EA12 HA15 HA18 HA21 HA28 MA06 MA16 2H091 FA07Z FA11Z FA14Z FA41Z FB02 FB06 FD07 FD10 LA12 LA13 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 DA05 5C058 AA06 AB06 EA11 EA26 EA51

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の厚さを有する媒質と，前記媒質の
    少なくとも前面にコーティングされた偏光分離膜とを備
    え，ブルースター角で入射する光を前面にコーティング
    された前記偏光分離膜においてＳ偏光波は反射してＰ偏
    光波は透過し，前記透過したＰ偏光波が前記媒質の所定
    厚さを通過しながらλ／２の位相差で変換され，前記偏
    光分離膜により反射したＳ偏光波と同じＳ偏光波を持っ
    て進行することを特徴とする光投射形ディスプレイ装置
    の偏光変換素子。
  2. 【請求項２】 前記媒質は可視光線領域で正常屈折率と
    異常屈折率が互いに異なる短光軸複屈折材質であること
    を特徴とする請求項１に記載の光投射形ディスプレイ装
    置の偏光変換素子。
  3. 【請求項３】 前記偏光分離膜は入射する光をＳ偏光波
    は反射しP偏光波だけを透過する偏光純度を高めるため
    の薄膜コーティングであること特徴とする請求項１また
    は２に記載の光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素
    子。
  4. 【請求項４】 前記薄膜コーティングは多層誘電コーテ
    ィングであることを特徴とする請求項１，２，３または
    ４のいずれかに記載の光投射形ディスプレイ装置の偏光
    変換素子。
  5. 【請求項５】 所定の厚さを有する媒質と，前記媒質の
    前面にコーティングされた偏光分離膜と，前記媒質の後
    面にコーティングされた全反射鏡とを備え，ブルースタ
    ー角で入射する光を前面にコーティングされた前記偏光
    分離膜においてＳ偏光波は反射してＰ偏光波は透過し，
    前記全反射鏡面により全反射することにより前記媒質の
    所定厚さを往復しながらλ／２の位相差で変換され，前
    記偏光分離膜により反射したＳ偏光波と同じＳ偏光波を
    持って進行することを特徴とする光投射形ディスプレイ
    装置の偏光変換素子。
  6. 【請求項６】 前記媒質は可視光線領域で正常屈折率と
    異常屈折率が互いに異なる短光軸複屈折材質であること
    を特徴とする請求項５に記載の光投射形ディスプレイ装
    置の偏光変換素子。
  7. 【請求項７】 前記偏光分離膜は入射する光をＳ偏光波
    は反射しP偏光波だけを透過する偏光純度を高めるため
    の薄膜コーティングであること特徴とする請求項５また
    は６に記載の光投射形ディスプレイ装置の偏光変換素
    子。
  8. 【請求項８】 前記薄膜コーティングは多層誘電コーテ
    ィングであることを特徴とする請求項第５，６または７
    のいずれかに記載の光投射形ディスプレイ装置の偏光変
    換素子。
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