JP2003015084A - 偏光光源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光量損失を抑制して光偏光変換効率を高め、
光利用効率の高い小型の偏光光源装置を実現すること。 【解決手段】 偏光光源装置１は、光源５と偏光変換光
学系１０とを有し、偏光変換光学系１０は、同一構成の
３つの偏光変換ブロック２０（１）、２０（２）、２０
（３）を備え、各偏光変換ブロックは、偏光分離膜２６
を備えたプリズム合成体からなる偏光ビームスプリッタ
２３と、全反射膜２７が斜面に形成された直角プリズム
２４と、１／２波長板２５を備えている。各偏光変換ブ
ロックに入射した光源からの光のうちＳ偏光成分は偏光
分離膜２６で反射され、Ｐ偏光成分は透過して後ろ側の
全反射膜２７で反射された後に１／２波長板２５を通過
してＳ偏光成分となる。各偏光変換ブロックの入射側の
幅（ｗ１）は出射側の幅（ｗ１０）の約半分でよいの
で、光源側の出射開口部を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
等の光源装置として使用される特定の偏光成分のみから
なる偏光光束を照明光として出射する偏光光源装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等の液晶表示装置にお
いては、光源の出射光を液晶表示パネルからなるライト
バルブに照射し、当該ライトバルブにおいて表示画面に
対応する変調を施した後に、投写光学系を介して投写面
上に投写画像を形成するようになっている。

【０００３】画像情報に対応した変調を施すための液晶
ライトバルブは、特定の偏光成分のみを使用しており、
光源からの出射光をそのまま液晶表示パネルに照射して
も偏光方向が直交する二つの直線偏光のうち一方の偏光
成分は利用されないので、光の利用効率が悪く、投写画
像を明るくすることができない。

【０００４】そこで、従来においては、光源から出射さ
れる平行光を偏光変換光学系に導き、これを介して偏光
方向を揃えた後に液晶ライトバルブに照射することによ
り、光の利用効率を高め、明るい投写画像を得ようとし
ている。例えば、特開平８−２９７３４号公報には、こ
のような偏光変換光学系を備えた光源装置が開示されて
いる。

【０００５】図２には、この公開公報に開示されている
光源装置を示してあり、この光源装置の偏光変換光学系
は、光源光軸上に配置された偏光ビームスプリッタ１０
１を挟み、入射側に配置された１／４波長板１０２およ
び出射側に配置された１／４波長板１０３と、１／４波
長板１０３の後方に配置された全反射ミラー１０４と、
偏光ビームスプリッタ１０１の入射面に直交する面の側
（図における下方位置）に配置された全反射ミラー１０
５を備えている。偏光ビームスプリッタ１０１は、光源
１００から出射される平行光のうちのＳ偏光成分を直交
方向に反射し、Ｐ偏光成分をそのまま透過させる偏光分
離膜１０１ａが備わっている。

【０００６】この構成の光源装置では、光源１００から
の出射光は１／４波長板１０２を介して偏光ビームスプ
リッタ１０１に入射し、Ｓ偏光成分の光のみが直角に反
射されて図の上方に向けて出射される。他方、Ｐ偏光成
分の光は、偏光分離膜１０１ａを通過して、反対側に配
置されている１／４波長板１０３および全反射ミラー１
０４、１０５と光源１０１の反射鏡１０６との間を少な
くとも７回は通過し、５回は偏光ビームスプリッタ１０
１を通過した後にＳ偏光成分の光となって図の上方に出
射されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
ける光源と偏光変換光学系を備えた光源装置において
は、光源からの出射光のうち偏光変換が施される光成分
が、多数回に亘り１／４波長板や偏光ビームスプリッタ
を通過する必要がある。このため、これらの光学素子を
通過する際に発生する光量損失や、偏光効率の低下を無
視することができない。よって、偏光変換による光の利
用効率の向上をあまり期待できない。

【０００８】本発明の課題は、光の利用効率の高い偏光
変換光学系を備えた小型の偏光光源装置を提案すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光源と、この
光源からの出射光を偏光方向が揃った偏光光束に変換し
て出射する偏光変換光学系とを有する偏光光源装置にお
いて、前記偏光変換光学系は、２個のプリズムを貼り合
わせた矩形断面のプリズム合成体と１個の直角プリズム
と１／２波長板とを備えた偏光変換ブロックを有してお
り、前記プリズム合成体の貼り合わせ面には、偏波方向
が直交する二つの直線偏光のうち、一方を反射し他方を
透過する偏光分離膜が形成されており、前記直角プリズ
ムの斜面には全反射膜が形成されており、前記偏光分離
膜および前記全反射膜が平行となるように、前記プリズ
ム合成体および前記直角プリズムが隣接配置されてお
り、前記直角プリズムにおける前記全反射膜で反射され
た光の出射側の側面には、前記１／２波長板が隣接配置
されていることを特徴としている。

【００１０】このように構成した本発明の偏光光源装置
においては、光源からの出射光が偏光変換光学系に入射
すると、そこに含まれている偏波方向が直交する二つの
直線偏光のうち一方の偏波光が偏光分離膜によって反射
される。他方の偏波光は当該偏光分離膜を透過して、当
該偏光分離膜と平行に配置されている全反射膜によって
同一方向に反射される。全反射膜によって反射された偏
波光はその出射側に配置されている１／２波長板を通過
して偏波方向が９０度回転して、前記偏光分離膜で反射
された偏波光と同一方向となる。この結果、偏光変換光
学系からは偏波方向が揃った偏光光束が出射される。

【００１１】ここで、複数組の前記偏光変換ブロックを
有し、各偏光変換ブロックを、前記光源の出射開口部に
対して、相互に干渉しない状態で、かつ、前記偏光分離
膜が相互に平行となるように配列した構成とすることが
望ましい。また、この場合には、隣接配置されている前
記偏光変換ブロックにおける一方の側の全反射膜と他方
側の偏光分離膜とが同一平面上に位置するように配列す
ることが望ましい。

【００１２】この構成によれば、配置する前記偏光変換
ブロックの組数を変えることにより、照明対象の液晶ラ
イトバルブなどの幅に対応した照明光を簡単に形成でき
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した偏光光源装置の一例を説明する。

【００１４】図１は本例の偏光光源装置を示す概略構成
図である。本例の偏光光源装置１は、メタルハライドラ
ンプなどの発光管２および当該発光管２からの発散光を
反射して平行光束として出射開口部３から出射するため
のリフレクタ４を備えた光源５と、光源５から出射され
た平行光束Ｌ１を、偏光方向が揃った偏光光束Ｌ１０に
変換して、照明対象の液晶ライトバルブ等（図示せず）
を照射する偏光変換光学系１０とを有している。

【００１５】本例の偏光変換光学系１０は、同一構成の
複数組の偏光変換ブロック、図示の例では３個の第１、
第２および第３の偏光変換ブロック２０（１）、２０
（２）、２０（３）を備えている。第１の偏光変換ブロ
ック２０（１）は、一対の直角プリズム２１、２２の斜
面同士を貼り合わせた矩形断面のプリズム合成体からな
る偏光ビームスプリッタ２３と、直角プリズム２４と、
１／２波長板２５を備えている。直角プリズム２４は、
偏光ビームスプリッタ２３の入射面２３ａとは反対側の
側面２３ｂに、その直交する一方の側面２４ａが貼り合
わされている。この直角プリズム２４の直交する他方の
側面２４ｂには、当該側面２４ｂとほぼ同一幅の１／２
波長板２５が貼り付けられている。

【００１６】偏光ビームスプリッタ２３は、その貼り合
わせ面に偏光分離膜２６が形成されている。本例の偏光
分離膜２６は、偏波方向が直交する二つの直線偏光のう
ちの一方の直線偏光、例えばＳ偏光成分を反射し、他方
のＰ偏光成分を透過させる特性を備えている。勿論逆の
特性とすることもできる。直角プリズム２４の４５度の
斜面２４ｃには全反射膜２７が形成されている。

【００１７】第２の偏光変換ブロック２０（２）および
第３の偏光変換ブロック２０（３）も同一構造であるの
で、図においては、対応する部分に同一符号を付してあ
る。本例では、これら３組の偏光変換ブロックが次のよ
うに配列されている。第１の偏光変換ブロック２０
（１）は、光源５の出射開口部３の出射側位置におい
て、その入射面２３ａが出射平行光束Ｌ１に直交するよ
うに配置されており、第２の偏光変換ブロック２０
（２）は、第１の偏光変換ブロック２０（１）から出射
する光に干渉しない位置であって、平行光束Ｌ１の方向
およびこれに直交する方向に隙間の無い状態となるよう
に、出射平行光束Ｌ１の出射方向に後退した位置に配置
されている。第３の偏光変換ブロック２０（３）も第２
の偏光変換ブロック２０（２）に対して同様な位置に配
置されている。

【００１８】この結果、各ブロックは階段状に配列され
た状態となっており、各ブロックの入射面２３ａによっ
て、出射平行光束Ｌ１をほぼ包含する入射面が形成され
ている。また、各ブロックの出射面を構成している偏光
ビームスプリッタ出射面２３ｃおよび１／２波長板の出
射面２５ｂによって、照明対象領域を包含する出射面が
形成されている。

【００１９】このように構成した本例の偏光光源装置１
では、その光源５から出射された平行光束Ｌ１のうちの
Ｓ偏光成分が、各偏光変換ブロック２０（１）ないし２
０（３）における偏光ビームスプリッタ２３によって反
射されて、その出射面２３ｃから出射される。他方のＰ
偏光成分は偏光ビームスプリッタ２３を透過して、その
後ろ側に、偏光分離膜２６と平行に配置されている全反
射膜２７において直角に反射され、１／２波長板２５を
通過して、Ｓ偏光成分となってその出射面２５ｂから出
射される。従って、偏光変換光源装置１からは光源５か
らの出射平行光束Ｌ１とは直交する方向に向けて、幅ｗ
１０が出射平行光束Ｌ１の幅ｗ１よりも広く（本例では
ほぼ２倍となり）、偏光方向がＳ偏光に揃った照明光が
出射される。

【００２０】なお、本例の偏光光源装置１は、フロント
型液晶プロジェクタやリア型液晶プロジェクタの光源装
置として利用できることは勿論のこと、これ以外の偏光
光源が要求される光学装置の光源としても利用できる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光光源
装置では、一対のプリズムからなる偏光ビームスプリッ
タと直角プリズムの斜面に形成した全反射膜と１／２波
長板からなる偏光変換ブロックを用いることにより、光
量損失を抑制して偏光効率を高めることができ、これに
より、光利用効率の高い偏光変換を実現できる。

【００２２】また、本発明の偏光変換ブロックは、その
入射面の幅に対して出射面の幅がほぼ２倍となっている
ので、液晶ライトバルブなどの照明対象側の必要表示画
面の開口部を包含するように必要組数のブロックを階段
状に配置した場合、光源側の出射開口部が小さくて済む
ので、小型の偏光光源装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した偏光光源装置の一例を示す概
略構成図である。

【図２】従来の偏光光源装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 偏光光源装置 ２ 発光管 ３ 出射開口部 ４ リフレクタ ５ 光源 １０ 偏光変換光学系 ２０（１）、２０（２）、２（３） 偏光変換ブロック ２１、２２ 直角プリズム ２３ 偏光ビームスプリッタ ２３ａ 入射面 ２３ｃ 出射面 ２４ 直角プリズム ２５ １／２波長板 ２５ｂ 出射面 ２６ 偏光分離膜 ２７ 全反射膜 Ｌ１ 出射平行光束 Ｌ１０ 照明光

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年７月１０日（２００１．７．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BB03 BB61 BB63 BC22 2H088 EA12 HA14 HA15 HA20 MA06 2H091 FA11Z FA14Z FA21Z FA41Y FD01 FD11 FD13 FD21 LA03 LA16 2H099 AA12 BA09 CA08 DA00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの出射光を偏光方
   向が揃った偏光光束に変換して出射する偏光変換光学系
   とを有する偏光光源装置において、 前記偏光変換光学系は、２個のプリズムを貼り合わせた
   矩形断面のプリズム合成体と１個の直角プリズムと１／
   ２波長板とを備えた偏光変換ブロックを有しており、 前記プリズム合成体の貼り合わせ面には、偏波方向が直
   交する二つの直線偏光のうち、一方を反射し他方を透過
   する偏光分離膜が形成されており、 前記直角プリズムの斜面には全反射膜が形成されてお
   り、 前記偏光分離膜および前記全反射膜が平行となるよう
   に、前記プリズム合成体および前記直角プリズムが隣接
   配置されており、 前記直角プリズムにおける前記全反射膜で反射された光
   の出射側の側面に、前記１／２波長板が隣接配置されて
   いることを特徴とする偏光光源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 複数組の前記偏光変換ブロックを有しており、 各偏光変換ブロックは、前記光源の出射開口部に対し
   て、相互に干渉しない状態で、かつ、前記偏光分離膜が
   相互に平行となるように配列されていることを特徴とす
   る偏光光源装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 隣接配置されている前記偏光変換ブロックにおける一方
   の側の全反射膜と他方側の偏光分離膜とが同一平面上に
   位置していることを特徴とする偏光光源装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３に記載の偏光変換
   光学系。