JP2001318226A - 偏光光学素子及び光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光分離面に対する光束の入射角度に依存し
た偏光回転を低減し、あらゆる入射角度の光束に対して
も消光比を均一化できるようにする。 【解決手段】 入射光束のうちの特定方向の偏光成分の
みを透過させる板状体の偏光光学素子３ｄ，３ｅにおい
て、入射光束の光軸に垂直な方向のうちの少なくとも一
の方向について入射光の入射角が小となる方向の曲率を
有する形状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光束のうちの
特定方向の偏光成分のみを透過させる偏光光学素子及び
この偏光光学素子を用いて構成される光学装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、入射光束のうちの特定方向の偏光
成分のみを透過させる偏光光学素子が提案され、また、
このような偏光光学素子を応用した種々の光学装置が提
案されている。

【０００３】例えば、このような光学装置として、図１
０及び図１１に示すように、偏光変調型画像表示素子１
０１を用いた反射型液晶表示装置が提案されている。こ
の反射型液晶表示装置においては、光源１０２から出射
された光束は、まず、第１のプリズム１０３に入射す
る。この第１のプリズム１０３は、照明光入射面１０３
ａ、出射面１０３ｂ及び画像入射面１０３ｃを有して略
々三角柱形状に形成された偏光作用をもつ光学素子であ
る。この第１のプリズム１０３において、照明光入射面
１０３ａにはＳ偏光光束のみを透過する偏光素子が形成
され、出射面１０３ｂにはＰ偏光光束のみを透過させる
偏光膜１０３ｄが形成されている。そして、この第１の
プリズム１０３は、画像入射面１０３ｃを偏光変調型画
像表示素子１０１に対向させている。

【０００４】第１のプリズム１０３の入射面１０３ａか
ら該第１のプリズム１０３内に入射したＳ偏光光束は、
出射面１０３ｂにより反射され、画像入射面１０３ｃを
介して該第１のプリズム１０３から出射して、偏光変調
型画像表示素子１０１に入射する。偏光変調型画像表示
素子１０１に入射したＳ偏光光束は、映像信号に応じ
て、すなわち、偏光変調型画像表示素子１０１が表示す
る画像の濃淡に応じて、偏光変調され、一部が楕円偏光
光束となされて反射される。

【０００５】偏光変調型画像表示素子１０１で変調され
た楕円偏光光束は、再び画像入射面１０３ｃから第１の
プリズム１０３内に入射し、出射面１０３ｂ及び偏光膜
１０３ｄを介して出射する。出射面１０３ｂ上の偏光膜
１０３ｄはＰ偏光光束のみを透過させるので、第１のプ
リズム１０３より射出された光束は、偏光変調型画像表
示素子１０１が表示する画像に対応しているとともに、
Ｐ偏光光束となっている。このようにして第１のプリズ
ム１０３から射出された光束は、第２のプリズム１０４
に入射する。

【０００６】第２のプリズム１０４は、入射面、ハーフ
ミラー面及び凹状面を有して略々三角柱形状に形成され
たプリズムである。第１のプリズム１０３より射出され
た光束は、第２のプリズム１０４の入射面から該第２の
プリズム１０４内に入射する。第２のプリズム１０４内
に入射した光束は、ハーフミラー面で反射されて、凹状
面に到達する。この凹状面は、第２のプリズム１０４内
から見て凹面状となっており、入射した光束を収束光束
として反射する。凹状面で反射された光束は、ハーフミ
ラー面を介して、第２のプリズム１０４から射出する。
第２のプリズム１０４から射出した光束は、楔形の第３
のプリズム１０６を透過して、観察者の眼に到達する。
このとき、偏光変調型画像表示素子１０１が表示する画
像の虚像１０６が形成される。

【０００７】また、従来の偏光光学素子として、図１５
に示すように、偏光ビームスプリッタとして構成された
ものがある。この偏光ビームスプリッタは、一対の三角
柱状のプリズムが互いに貼合わせられて、全体として立
方体状のブロックとして形成されている。そして、これ
ら一対のプリズムの貼合わせ面は、偏光分離膜が成膜さ
れて、偏光分離面１０７となっている。この偏光分離面
１０７は、この偏光光学素子の外面部である入射面１０
８に対して、４５°の角度をなしている。

【０００８】この偏光ビームスプリッタにおいては、入
射面１０８から入射した光束は、偏光分離面１０７にお
いて、この偏光分離面１０７に対するＰ偏光成分が透過
し、偏光分離面１０７に対するＳ偏光成分が反射され
る。したがって、入射光束のうちのＰ偏光成分は、入射
面１０８の反対側の第１の出射面１０９から出射され、
該入射光束のうちのＳ偏光成分は、側方側の第２の出射
面１１０から出射される。

【０００９】このように偏光ビームスプリッタとして構
成された偏光光学素子を用いて、図１６に示すように、
プロジェクタタイプの偏光変調型画像表示装置を構成す
ることができる。この偏光変調型画像表示装置において
は、光源１１１から出射された光束は、照明光学系１１
２を経て、偏光ビームスプリッタ１１８に入射される。
照明光学系１１２は、集光レンズ１１３、レンズアレイ
１１４，１１５及びリレーレンズ１１６，１１７が光軸
上に順次配列されて構成されている。

【００１０】偏光ビームスプリッタ１１８の入射面１０
８から入射された光束は、偏光分離面１０７において、
Ｓ偏光成分のみが反射される。このＳ偏光成分の光束
は、偏光ビームスプリッタ１１８の第２の出射面１１０
より出射され、偏光変調型画像表示素子１０１に入射す
る。この偏光変調型画像表示素子１０１に入射したＳ偏
光成分の光束は、映像信号に応じて、すなわち、偏光変
調型画像表示素子１０１が表示する画像の濃淡に応じ
て、偏光変調され、一部が楕円偏光光束となされて反射
される。この偏光変調型画像表示素子１０１からの反射
光束は、再び第２の出射面１１０から偏光ビームスプリ
ッタ１１８内に入射し、楕円偏光に変調された光束のＰ
偏光成分のみが、偏光分離面１０７を透過し、第２の出
射面１１０の反対側の第３の出射面１１９から出射す
る。第３の出射面１１９から出射した光束は、投射光学
系１２０に入射し、この投射光学系１２０により、スク
リーン１２１上に偏光変調型画像表示素子１０１が表示
する画像の実像を結像する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な光学装置における偏光素子及び偏光分離膜には、例え
ば、図１２及び図１３に示すように、入射角度依存性が
ある。すなわち、偏光素子及び偏光分離膜においては、
特定の入射角度以外で入射する光束については、偏光面
が回転する現象が生じ、また、この入射光束が偏光素子
の吸収軸方向に沿った方向の直線偏光である場合には、
いわゆる光抜けが生ずることがある。

【００１２】したがって、図１０及び図１１に示した反
射型液晶表示装置におけるように、光源１０２から第１
のプリズム１０３へ入射する光束が拡散光束である場
合、この第１のプリズム１０３を透過した光束において
は、図１４に示すように、消光比分布（ムラ）が発生
し、虚像として表示される画像におけるコントラストの
低下や、濃度ムラという問題が生ずる。

【００１３】また、図１５に示したような偏光光学素子
を用いて、図１６に示すようなプロジェクタタイプの偏
光変調型画像表示装置を構成した場合においては、光源
１１１から出射し照明光学系１１２を経て偏光ビームス
プリッタ１１８に入射した光束の偏光分離面１０７への
入射角度が４５°よりずれると、スクリーン１２１に投
射される画像の消光比が劣化してしまう。偏光ビームス
プリッタ１１８への入射光束には広がりがあるため、ス
クリーン１２１上の画像においては、画面端部の消光比
が劣化し、明るさやコントラストが低下し、画像中に明
度のムラが生ずるという問題が生ずる。

【００１４】さらに、平面状の偏光板に対してクロスニ
コルに設定された直線偏光光束が入射した場合におい
て、特定の入射方向以外では、いわゆる光抜けが生じ
て、消光比が劣化するという現象が生ずる。また、２枚
の平面状の偏光板をクロスニコルの状態に配置し、これ
ら２枚の偏光板の互いの平行度が充分ではなく、一方が
ティルトしている状態においては、無偏光光束が入射さ
れたとき、入射角度により、消光比が劣化するという現
象が生じる。

【００１５】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提
案されるものであって、偏光分離面に対する光束の入射
角度に依存した偏光回転が低減され、あらゆる入射角度
の光束に対しても消光比を均一化することができる偏光
光学素子及びこのような偏光光学素子を用いて構成した
光学装置を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る偏光光学素
子は、入射光束のうちの特定方向の偏光成分のみを透過
させる板状体の偏光光学素子であって、上述の課題を解
決するため、入射光束の光軸に垂直な方向のうちの少な
くとも一の方向について入射光の入射角が小となる方向
の曲率を有する形状となされていることを特徴とするも
のである。

【００１７】また、本発明に係る偏光光学素子は、第１
及び第２の２枚の板状の偏光素子からなり、これら各偏
光素子は、第１の偏光素子に入射されこの第１の偏光素
子を透過した光束が第２の偏光素子に入射されるように
配置されるとともに、吸収軸の方向を互いに一致させて
おり、第１の偏光素子は、入射光の入射角が小となる方
向の円筒面形状となされ、この円筒の軸が、入射光束の
光軸に垂直で、かつ、吸収軸に直交する方向に平行であ
り、第２の偏光素子は、入射光の入射角が小となる方向
の円筒面形状となされ、この円筒の軸が、入射光束の光
軸に垂直で、かつ、吸収軸に平行であることを特徴とす
るものである。

【００１８】さらに、本発明に係る偏光光学素子は、内
部が１より大なる屈折率を有する媒質により充填され、
該内部に光束分割面を有する多面体形状のビームスプリ
ッタと、このビームスプリッタの少なくとも一の面に配
置された板状の偏光素子とを備え、偏光素子は、この偏
光素子に対する入射光束の光軸に垂直な方向のうちの少
なくとも一の方向について、入射光の入射角が小となる
方向の曲率を有する形状となされていることを特徴とす
るものである。

【００１９】そして、本発明に係る光学装置は、照明光
源と、この照明光源からの光束のうちの特定方向の偏光
成分のみを透過させる第１の偏光光学素子と、この第１
の偏光光学素子を経た上記照明光源からの光束により照
明される偏光変調型の画像表示素子と、この画像表示素
子を経た光束のうちの特定方向の偏光成分のみを透過さ
せる第２の偏光光学素子と、この第２の偏光光学素子を
経た光束が入射され画像表示素子が表示する画像をの虚
像を結像させる結像光学系とを備え、第１及び第２の偏
光光学素子のうちの少なくとも一方は、該偏光光学素子
への入射光束の入射角が小となる方向の曲率を有してい
ることを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明に係る光学装置は、照明光源
と、この照明光源からの光束のうちの特定方向の偏光成
分のみを透過させる偏光光学素子と、この偏光光学素子
を経た照明光源からの光束により照明される偏光変調型
の画像表示素子と、この画像表示素子を経た光束が入射
され該画像表示素子が表示する画像の実像を結像させる
結像光学系とを備え、偏光光学素子は、該偏光光学素子
への入射光束の入射角が小となる方向の曲率を有してい
ることを特徴とするものである。

【００２１】さらに、本発明に係る光学装置は、空間変
調型の画像表示素子と、この画像表示素子を経た光束の
うちの特定方向の偏光成分のみを透過させる偏光光学素
子と、この光光学素子を経た光束が入射され画像表示素
子が表示する画像の像を結像させる結像光学系とを備
え、偏光光学素子は、該偏光光学素子への入射光束の入
射角が小となる方向の曲率を有していることを特徴とす
るものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。 〔第１の実施の形態〕本発明に係る光学装置は、本発明
に係る偏光光学素子を含んで構成されるものである。こ
の実施の形態は、図１及び図２に示すように、本発明に
係る光学装置を、空間変調型の画像表示素子として偏光
変調型画像表示素子１を用いた虚像観察装置として構成
したものである。

【００２３】この虚像観察装置においては、光源２から
出射された光束は、導光板２ａを介して、第１のプリズ
ム３に入射する。光源２は、赤、青、緑の発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）等であって略々点光源である。この光源２
から発せられた光束は、導光板２ａを経ることにより、
効率よく均一な光量分布の光束となされ、いわゆる面光
源から出射された光束と同様のものとなされる。

【００２４】第１のプリズム３は、照明光入射面３ａ、
出射面３ｂ及び画像入射面３ｃを有して略々三角柱形状
に形成された偏光作用をもつ光学素子である。この第１
のプリズム３において、照明光入射面３ａには、本発明
に係る偏光光学素子であるＳ偏光光束のみを透過させる
偏光素子３ｄが成膜され、また、出射面３ｂには、本発
明に係る偏光光学素子であるＰ偏光光束のみを透過させ
る偏光分離膜３ｅが成膜されている。そして、この第１
のプリズム３は、画像入射面３ｃを偏光変調型画像表示
素子１に対向させている。

【００２５】第１のプリズム３の照明光入射面３ａは、
図３に示すように、この照明光入射面３ａ上に成膜され
た偏光素子３ｄの吸収軸に沿う方向について曲率を有す
る形状、すなわち、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸
収軸に直交する方向に平行である軸を有する円筒面形状
に形成されている。すなわち、この照明光入射面３ａ
は、入射光の入射角が小となる方向の曲率を有する形状
となっており、偏光面が回転しやすい方向について、入
射する光束が垂直に入射するような円筒面形状となされ
ている。

【００２６】したがって、この実施の形態においては、
導光板２ａより出射される光束の角度は±２０°程度で
あるが、この光束は、偏光面が回転しやすい方向である
吸収軸に沿う方向については、該光束が照明光入射面３
ａに対して垂直に入射するため、偏光面の回転が起こら
ず、楕円偏光成分を含まない特定直線偏光成分（Ｓ偏光
光束）のみが第１のプリズム３内に入射する。

【００２７】第１のプリズム３の入射面３ａから該第１
のプリズム３内に入射したＳ偏光光束は、出射面３ｂに
より反射され、画像入射面３ｃを介して該第１のプリズ
ム３から出射して、偏光変調型画像表示素子１に入射す
る。偏光変調型画像表示素子１に入射したＳ偏光光束
は、映像信号に応じて、すなわち、偏光変調型画像表示
素子１が表示する画像の濃淡に応じて、偏光変調され、
一部が楕円偏光光束となされて反射される。

【００２８】偏光変調型画像表示素子１で変調された楕
円偏光光束は、再び画像入射面３ｃから第１のプリズム
３内に入射し、出射面３ｂ及び偏光膜３ｅを介して出射
する。

【００２９】第１のプリズム３の出射面３ｂは、図４に
示すように、この出射面３ｂ上に成膜された偏光膜３ｅ
の吸収軸に沿う方向について曲率を有する形状、すなわ
ち、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に直交する
方向に平行である軸を有する円筒面形状に形成されてい
る。すなわち、この出射面３ｂは、入射光の入射角が小
となる方向の曲率を有する形状となっており、偏光面が
回転しやすい方向について、入射する光束が垂直に入射
するような円筒面形状となされている。

【００３０】したがって、この実施の形態においては、
偏光変調型画像表示素子１により反射される光束の角度
は±１３°程度であるが、この光束は、偏光面が回転し
やすい方向である吸収軸に沿う方向については、該光束
が出射面３ｂに対して垂直に入射するため、偏光面の回
転が起こらず、楕円偏光成分を含まない特定直線偏光成
分（Ｐ偏光光束）のみが第１のプリズム３から出射され
る。

【００３１】出射面３ｂ上の偏光膜３ｅは、上述のよう
に、Ｐ偏光光束のみを透過させるので、第１のプリズム
３より射出された光束は、偏光変調型画像表示素子１が
表示する画像に対応しているとともに、Ｐ偏光光束とな
っている。このようにして第１のプリズム３から射出さ
れた光束は、第２のプリズム４に入射する。

【００３２】第２のプリズム４は、入射面４ａ、ハーフ
ミラー面４ｂ及び凹状面４ｃを有して略々三角柱形状に
形成されたプリズムである。第１のプリズム３より射出
された光束は、第２のプリズム４の入射面４ａから該第
２のプリズム４内に入射する。第２のプリズム４内に入
射した光束は、ハーフミラー面４ｂで反射されて、凹状
面４ｃに到達する。この凹状面４ｃは、第２のプリズム
４内から見て凹面となっており、入射した光束を収束光
束として反射する。凹状面４ｃで反射された光束は、ハ
ーフミラー面４ｂを介して、第２のプリズム４から射出
する。

【００３３】第２のプリズム４から射出した光束は、楔
形の第３のプリズム６を透過して、観察者の眼７に到達
する。このとき、偏光変調型画像表示素子１が表示する
画像の虚像８が形成される。

【００３４】この実施の形態においては、図３に示すよ
うに、第１のプリズム３の入射面３ａが、この入射面３
ａ上に形成される偏光素子３ｄの吸収軸に沿う方向につ
いて入射光束の入射角度を垂直とする形状を備えている
ため、偏光変調型画像表示素子１に入射する光束は、均
一な強度のＳ偏光光束のみとなり、該偏光変調型画像表
示素子１上での照度ムラが生じない。

【００３５】したがって、偏光変調型画像表示素子１に
入射した光束は、画像信号に応じて正確に偏光変調さ
れ、出射面３ｂ上に形成される偏光膜３ｅによる消光比
が向上するとともに消光比ムラも低減され、コントラス
ト良く照度ムラの少ない虚像を得ることができる。

【００３６】さらに、この実施の形態においては、図４
に示すように、第１のプリズム３の出射面３ｂが、この
出射面３ｂ上に形成される偏光膜３ｅの吸収軸に沿う方
向について入射光束の入射角度を垂直とする形状を備え
ているため、この第１のプリズム３から出射される光束
は均一な強度のＰ偏光光束のみとなる。

【００３７】したがって、第１のプリズム３における消
光比はより向上され、消光比ムラも低減され、よりコン
トラスト良く照度ムラの少ない虚像を得ることができ
る。

【００３８】なお、本発明に係る偏光光学素子は、上述
の実施の形態のように、必ずしも円筒面形状を有してい
る必要はなく、光束の入射角度の絶対値が平面に比較し
て小となる曲率を有してればよく、球面でもよい。

【００３９】また、本発明に係る光学装置においては、
上述の実施の形態のように偏光変調型画像表示素子を用
いることに限定されず、他の方式の空間変調型の画像表
示素子を用いて構成してもよい。また、偏光素子は必ず
しも２面設ける必要はなく、光源側もしくは結像光学系
となる第２のプリズム側のいずれか一方にのみ配置する
こととしてもよい。さらに、上述の実施の形態におい
て、画像表示素子より結像側に配置される偏光素子は、
画像表示素子と結像光学系の間に配置しても、結像光学
系と結像面の間に配置してもよい。

【００４０】そして、上述の光学装置においては、画像
表示素子を照明するための光源としては、発光ダイオー
ドの他、白色ランプ、レーザ等を用いてもよい。

【００４１】〔第２の実施の形態〕そして、本発明に係
る偏光光学素子は、図５に示すように、偏光ビームスプ
リッタとして構成することもできる。

【００４２】この偏光ビームスプリッタは、一対の略々
三角柱状のプリズムが互いに貼合わせられて、全体とし
て略々立方体状のブロックとして形成されている。そし
て、これら一対のプリズムの貼合わせ面は、偏光分離膜
が成膜されて、偏光分離面９となっている。この偏光分
離面９は、この偏光光学素子の外面部である入射面１０
に対して、４５°の角度をなしている。

【００４３】そして、入射面１０は、偏光素子面であ
り、入射光束のうちの特定の偏光方向の成分（Ｓ偏光光
束）のみを透過させる。ここで入射面１０は、吸収軸に
沿う方向について曲率を有する円筒面形状となされてお
り、偏光面が回転しやすい方向に入射する光束が垂直に
入射するようになされている。

【００４４】例えば、入射面１０に入射する光束の発散
角度が±１０°程度である場合に、偏光面が回転しやす
い吸収軸に沿った方向にずれた光束は、入射面１０に対
して垂直に入射するため、偏光面の回転が起こらず、楕
円偏光成分を含まない特定直線偏光成分（Ｓ偏光光束）
のみが偏光ビームスプリッタに入射されることとなる。

【００４５】入射面１０より入射した光束は、偏光分離
面９に入射する。偏光分離面９にはＳ偏光を反射しＰ偏
光光束を透過するような偏光分離膜が成膜されている。
したがって入射面１０より偏光分離面９に入射した光束
はすべて反射され、入射面１０の側方側の第１の出射面
１１を介して偏光ビームスプリッタ外へ出射される。こ
のとき、第１の出射面１１を透過した光束は、すべてＳ
偏光光束であることになる。

【００４６】一方、この偏光ビームスプリッタに第１の
出射面１１からへ入射した光束は、偏光分離膜面９に入
射する。偏光分離面９はＰ偏光光束のみを透過するの
で、第１の出射面１１から入射した光束のうちのＰ偏光
光束成分は、偏光分離面９を透過し、第１の出射面１１
の反対側の面である第２の出射面１２を介して、偏光ビ
ームスプリッタ外へ出射する。

【００４７】第２の出射面１２は、偏光素子面であり、
入射光束のうちの特定の偏光方向の成分（Ｐ偏光光束）
のみを透過させる。ここで第２の出射面１２は、吸収軸
に沿う方向について曲率を有する円筒面形状となされて
おり、偏光面が回転しやすい方向に入射する光束が垂直
に入射するようになされている。

【００４８】例えば、第２の出射面１２から出射される
光束の発散角度が±１０°程度である場合に、偏光面が
回転しやすい吸収軸に沿った方向にずれた光束は、第２
の出射面１２を垂直に通過するため、偏光面の回転が起
こらず、楕円偏光成分を含まない特定直線偏光成分（Ｐ
偏光光束）のみが偏光ビームスプリッタから出射される
こととなる。

【００４９】この偏光ビームスプリッタにおいては、入
射面１０が上述のような円筒面形状となされていること
により、入射面１０より楕円偏光成分を含まない特定の
直線偏光成分（Ｓ偏光）のみが偏光分離面９へ入射され
るため、偏光分離面９に成膜された偏光分離膜の入射角
度依存性に関係なく、均一で偏光方向の整ったＳ偏光光
束を出射することが可能になる。

【００５０】また、この偏光ビームスプリッタにおいて
は、第２の出射面１２が上述のような円筒面形状となさ
れていることにより、第２の出射面１２より楕円偏光成
分を含まない特定の直線偏光成分（Ｐ偏光）のみが出射
されるため、偏光分離面９に成膜された偏光分離膜の入
射角度依存性に関係なく、均一で偏光方向の整ったＰ偏
光光束を出射することが可能になる。

【００５１】なお、上述の実施の形態においては、入射
面１０及び第２の出射面１２は、プリズムの面そのもの
が円筒面形状となされ、この面上に偏光分離膜が被着さ
れていることとなっているが、これら入射面１０及び第
２の出射面１２においては、プリズムの面と偏光分離膜
とが一致している必要はない。すなわち、入射面１０及
び第２の出射面１２を平面とし、これらの面の近傍に、
円筒面形状となされた支持体に支持された偏光分離膜を
配設することとしてもよい。

【００５２】このように偏光ビームスプリッタとして構
成された偏光光学素子を用いて、図６に示すように、プ
ロジェクタタイプの偏光変調型画像表示装置を構成する
ことができる。この偏光変調型画像表示装置において
は、光源１３から出射された光束は、照明光学系１４を
経て、偏光ビームスプリッタ２０に入射される。照明光
学系１４は、集光レンズ１５、レンズアレイ１６，１７
及びリレーレンズ１８，１９が光軸上に順次配列されて
構成されている。

【００５３】偏光ビームスプリッタ２０の入射面１０か
ら入射されたＳ偏光光束は、偏光分離面９において反射
される。このＳ偏光成分の光束は、偏光ビームスプリッ
タ２０の第１の出射面１１より出射され、偏光変調型画
像表示素子１に入射する。この偏光変調型画像表示素子
１に入射したＳ偏光成分の光束は、映像信号に応じて、
すなわち、偏光変調型画像表示素子１が表示する画像の
濃淡に応じて、偏光変調され、一部が楕円偏光光束とな
されて反射される。この偏光変調型画像表示素子１から
の反射光束は、再び第１の出射面１１から偏光ビームス
プリッタ２０内に入射し、楕円偏光に変調された光束の
Ｐ偏光成分のみが、偏光分離面９を透過し、第２の出射
面１２においてもＰ偏光成分のみが選択されて、偏光ビ
ームスプリッタ２０から出射する。第２の出射面１２を
介して偏光ビームスプリッタ２０から出射された光束
は、投射光学系２１に入射し、この投射光学系２１によ
り、スクリーン２２上に偏光変調型画像表示素子１が表
示する画像の実像を結像する。

【００５４】上述のような本実施の形態における偏光ビ
ームスプリッタを用いて構成された偏光変調型画像表示
装置においては、偏光変調型画像表示素子１に対して、
Ｓ偏光光束のみを均一に入射させることができる。ま
た、スクリーン２２上へは、Ｐ偏光光束のみからなる画
像を投射することができるため、照度ムラがなく、コン
トラストの高い画像を投射することが可能である。

【００５５】なお、上述の本発明に係る偏光光学素子で
ある偏光ビームスプリッタは、例えば偏光顕微鏡、干渉
計等、偏光作用を用いるあらゆる光学装置に用いること
ができ、用途は上述の実施の形態に限定されない。

【００５６】また、この偏光ビームスプリッタの形状
は、上述の実施の形態に示したものに限定されず、偏光
分離面からの反射光が出射する第１の出射面を円筒形状
とすることとしてもよい。また、この偏光ビームスプリ
ッタ内部に配された偏光分離面は、ハーフミラー面に代
えてもよい。

【００５７】さらに、この実施の形態においても、本発
明に係る偏光光学素子は、必ずしも円筒面形状を有して
いる必要はなく、光束の入射角度の絶対値が平面に比較
して小となる曲率を有してればよく、球面でもよい。

【００５８】また、この実施の形態においても、本発明
に係る光学装置は、偏光変調型画像表示素子を用いて構
成されるものに限定されず、他の方式の画像表示素子を
用いて構成してもよい。また、偏光素子は必ずしも２面
設ける必要はなく、光源側もしくは結像光学系となる第
２のプリズム側のいずれか一方にのみ配置することとし
てもよい。さらに、上述の実施の形態において、画像表
示素子より結像側に配置される偏光素子は、画像表示素
子と結像光学系の間に配置しても、結像光学系と結像面
の間に配置してもよい。

【００５９】そして、この実施の形態においても、画像
表示素子を照明するための光源としては、発光ダイオー
ドの他、白色ランプ、レーザ等を用いてもよい。

【００６０】〔第３の実施の形態〕さらに、本発明に係
る偏光光学素子は、入射光束のうちの特定方向の偏光成
分のみを透過させる板状体の偏光光学素子としても構成
することができる。すなわち、図７に示すように、この
偏光光学素子は、１枚の板状の偏光素子である偏光板２
３から構成される。そして、この偏光板２３は、入射光
束の光軸に垂直な方向のうちの少なくとも一の方向につ
いて、入射光の入射角が小となる方向の曲率を有する形
状となされている。この場合、偏光板２３は、少なくと
も吸収軸に沿った方向について曲率を有するものとする
ことが望ましい。例えば、偏光板２３を円筒面形状と
し、この円筒の軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、
吸収軸に直交する方向に平行である方向とすることで、
この条件を満足することができる。

【００６１】この偏光光学素子においては、平面状の偏
光板２３に対してクロスニコルに設定された直線偏光光
束を入射させた場合において生ずるいわゆる光抜けが生
じることがなく、消光比が劣化することがない。

【００６２】また、本発明に係る偏光光学素子は、図８
に示すように、第１及び第２の２枚の板状の偏光素子で
ある偏光板２３，２４から構成することもできる。

【００６３】これら各偏光板２３，２４は、第１の偏光
板２３に入射されこの第１の偏光板２３を透過した光束
が第２の偏光板２４に入射されるように配置されるとと
もに、吸収軸の方向を互いに一致させている。

【００６４】そして、第１の偏光板２３は、入射光の入
射角が小となる方向の円筒面形状となされ、この円筒の
軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に直交す
る方向に平行である。また、第２の偏光板２４は、入射
光の入射角が小となる方向の円筒面形状となされ、この
円筒の軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に
平行である。

【００６５】この偏光光学素子においても、偏光板に対
してクロスニコルに設定された直線偏光光束を入射させ
た場合において、いわゆる光抜けが生じることがなく、
消光比が劣化することがない。

【００６６】また、図９に示すように、２枚の偏光板２
３，２４をクロスニコルの状態に配置する場合において
も、上述のように、第１の偏光板２３を、入射光の入射
角が小となる方向の円筒面形状となし、この円筒の軸
を、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に直交する
方向に平行とすることにより、消光比の劣化を防止する
ことができる。

【００６７】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る偏光光学素
子は、入射光束のうちの特定方向の偏光成分のみを透過
させる板状体の偏光光学素子であって、入射光束の光軸
に垂直な方向のうちの少なくとも一の方向について入射
光の入射角が小となる方向の曲率を有する形状となされ
ている。

【００６８】このように、特定の偏光方向の光のみを透
過する偏光素子面を入射光束の光束角の絶対値が小とな
る方向に曲率を有する形状にすることは、偏光光学素子
及び光学装置における消光比を向上させるばかりでな
く、あらゆる波長の光に対する入射角度依存性を緩和し
れ消光比を向上させるため、特に反射型液晶表示装置な
どに適用した場合には、表示映像の色むら、照度むらを
大幅に低減させることができる。

【００６９】また、あらゆる角度の入射光に対して高い
消光比を保つことができるため、特に、反射型液晶表示
装置においては、画像表示素子に入射する光束の開ロ率
を大きくすることが可能となり、光利用効率の向上によ
る画像照度の向上、照明光源の拡大化、もしくは、液晶
表示素子の縮小化が可能となる。

【００７０】すなわち、本発明は、偏光分離面に対する
光束の入射角度に依存した偏光回転が低減され、あらゆ
る入射角度の光束に対しても消光比を均一化することが
できる偏光光学素子及びこのような偏光光学素子を用い
て構成した光学装置を提供することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光光学素子を用いた本発明に係
る光学装置の第１の実施の形態である映像表示装置の光
学系の構成を示す側面図である。

【図２】上記映像表示装置の光学系の構成を示す斜視図
である。

【図３】上記映像表示装置の光学系の一部である第１の
プリズムの形状を示す入射面側から見た斜視図である。

【図４】上記映像表示装置の光学系の一部である第１の
プリズムの形状を示す出射面側から見た斜視図である。

【図５】本発明に係る偏光光学素子の第２の実施の形態
として偏光ビームスプリッタとして構成したものを示す
斜視図である。

【図６】上記偏光ビームスプリッタを用いて構成した本
発明に係る光学装置である画像表示装置の光学系の構成
を示す側面図である。

【図７】本発明に係る偏光光学素子の第３の実施の形態
である１枚の偏光板からなる偏光光学素子の構成を示す
斜視図である。

【図８】本発明に係る偏光光学素子の第３の実施の形態
である２枚の偏光板からなる偏光光学素子の構成を示す
斜視図である。

【図９】本発明に係る偏光光学素子の第３の実施の形態
であるクロスニコルの状態に配置された２枚の偏光板か
らなる偏光光学素子の構成を示す斜視図である。

【図１０】従来の偏光光学素子を備えた映像表示装置の
光学系の構成を示す側面図である。

【図１１】上記従来の偏光光学素子を備えた映像表示装
置の光学系の構成を示す斜視図である。

【図１２】上記従来の偏光光学素子における直線偏光光
束に対する入射角度依存性を示すグラフである。

【図１３】上記従来の偏光光学素子の偏光分離膜面の入
射角度依存性を示すグラフである。

【図１４】上記従来の偏光光学素子を備えた光学装置に
おけるプリズム部の消光比分布を示す平面図である。

【図１５】従来の偏光光学素子であって偏光ビームスプ
リッタとして構成したものを示す斜視図である。

【図１６】上記従来の偏光ビームスプリッタを用いて構
成した光学装置である画像表示装置の光学系の構成を示
す側面図である。

【符号の説明】

１ 偏光変調型画像表示素子、２ 光源、３ 第１のプ
リズム、３ｄ 偏光素子、３ｅ 偏光膜、４ 第２のプ
リズム、６ 第３のプリズム、９ 偏光分離面、１０
入射面、１２ 第２の出射面

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA14 CA17 2H049 BA02 BA43 BB03 BC12 BC22 2H088 HA18 HA20 HA23 HA25 HA28 MA04 MA06 MA07 2H091 FA08X FA10X FA21Z FA26X FA29X FA41Z FA45Z FA46Z FD13 LA18 5C058 AA06 BA06 BA08 BA23 EA12 EA26 EA42 EA51

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光束のうちの特定方向の偏光成分の
   みを透過させる板状体の偏光光学素子であって、 入射光束の光軸に垂直な方向のうちの少なくとも一の方
   向について、入射光の入射角が小となる方向の曲率を有
   する形状となされていることを特徴とする偏光光学素
   子。
2. 【請求項２】 少なくとも吸収軸に沿った方向について
   曲率を有することを特徴とする請求項１記載の偏光光学
   素子。
3. 【請求項３】 円筒面形状となされ、この円筒の軸が、
   入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に直交する方向
   に平行であることを特徴とする請求項１記載の偏光光学
   素子。
4. 【請求項４】 第１及び第２の２枚の板状の偏光素子か
   らなり、 上記各偏光素子は、第１の偏光素子に入射されこの第１
   の偏光素子を透過した光束が第２の偏光素子に入射され
   るように配置されるとともに、吸収軸の方向を互いに一
   致させており、 第１の偏光素子は、入射光の入射角が小となる方向の円
   筒面形状となされ、この円筒の軸が、入射光束の光軸に
   垂直で、かつ、吸収軸に直交する方向に平行であり、 第２の偏光素子は、入射光の入射角が小となる方向の円
   筒面形状となされ、この円筒の軸が、入射光束の光軸に
   垂直で、かつ、吸収軸に平行であることを特徴とする偏
   光光学素子。
5. 【請求項５】 内部が１より大なる屈折率を有する媒質
   により充填され、該内部に光束分割面を有する多面体形
   状のビームスプリッタと、 上記ビームスプリッタの少なくとも一の面に配置された
   板状の偏光素子とを備え、 上記偏光素子は、この偏光素子に対する入射光束の光軸
   に垂直な方向のうちの少なくとも一の方向について、入
   射光の入射角が小となる方向の曲率を有する形状となさ
   れていることを特徴とする偏光光学素子。
6. 【請求項６】 光束分割面には、偏光依存性を有する光
   束分割膜が設けられていることを特徴とする請求項５記
   載の偏光光学素子。
7. 【請求項７】 偏光素子は、円筒面形状となされ、この
   円筒の軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、吸収軸に
   直交する方向に平行であることを特徴とする請求項５記
   載の偏光光学素子。
8. 【請求項８】 照明光源と、 上記照明光源からの光束のうちの特定方向の偏光成分の
   みを透過させる第１の偏光光学素子と、 上記第１の偏光光学素子を経た上記照明光源からの光束
   により照明される偏光変調型の画像表示素子と、 上記画像表示素子を経た光束のうちの特定方向の偏光成
   分のみを透過させる第２の偏光光学素子と、 上記第２の偏光光学素子を経た光束が入射され、上記画
   像表示素子が表示する画像をの虚像を結像させる結像光
   学系とを備え、 上記第１及び第２の偏光光学素子のうちの少なくとも一
   方は、該偏光光学素子への入射光束の入射角が小となる
   方向の曲率を有していることを特徴とする光学装置。
9. 【請求項９】 曲率を有している偏光光学素子は、円筒
   面形状となされ、この円筒の軸が、入射光束の光軸に垂
   直で、かつ、吸収軸に直交する方向に平行であることを
   特徴とする請求項８記載の光学装置。
10. 【請求項１０】 照明光源と、 上記照明光源からの光束のうちの特定方向の偏光成分の
    みを透過させる偏光光学素子と、 上記偏光光学素子を経た上記照明光源からの光束により
    照明される偏光変調型の画像表示素子と、 上記画像表示素子を経た光束が入射され、該画像表示素
    子が表示する画像の実像を結像させる結像光学系とを備
    え、 上記偏光光学素子は、該偏光光学素子への入射光束の入
    射角が小となる方向の曲率を有していることを特徴とす
    る光学装置。
11. 【請求項１１】 偏光光学素子は、円筒面形状となさ
    れ、この円筒の軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、
    吸収軸に直交する方向に平行であることを特徴とする請
    求項１０記載の光学装置。
12. 【請求項１２】 空間変調型の画像表示素子と、 上記画像表示素子を経た光束のうちの特定方向の偏光成
    分のみを透過させる偏光光学素子と、 上記偏光光学素子を経た光束が入射され、上記画像表示
    素子が表示する画像の像を結像させる結像光学系とを備
    え、 上記偏光光学素子は、該偏光光学素子への入射光束の入
    射角が小となる方向の曲率を有していることを特徴とす
    る光学装置。
13. 【請求項１３】 偏光光学素子は、円筒面形状となさ
    れ、この円筒の軸が、入射光束の光軸に垂直で、かつ、
    吸収軸に直交する方向に平行であることを特徴とする請
    求項１２記載の光学装置。