JP2006276239A - 偏光変換素子及びその製造方法並びに光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】市松模様状に配列された光源からの照明光を有効入射範囲に照射することが容易な偏光変換素子を提供する。
【解決手段】光源からの照明光をＳ偏光とＰ偏光とに分離する偏光分離素子３６の光出射面３４に、１／２波長板３８が配置されている。１／２波長板３８は、透過する光の偏光方向を９０°変換する１枚の光学シートからなり、市松模様状に配列された開口５０を備えている。この１／２波長板３８を用いることで、偏光変換素子３０の背面全体からＳ偏光を出射させるための有効入射範囲６０が市松模様状となり、市松模様状に配列された光源からの照明光を有効入射範囲に照射することが容易となる。また、偏光変換素子３０は、光学シートから開口５０部分を型抜きしたシート状の１／２波長板３８を、光出射面３４に接着することで容易に製造できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、透過する光の偏光方向を９０°変換する１／２波長板が、光出射面の一部を覆うように設けられ、光入射面のうち１／２波長板の設置位置に応じて決定される有効入射範囲に照射された照明光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離した後、一方の直線偏光を前記１／２波長板を透過させることで、照明光の偏光方向を揃える偏光変換素子、及び、その製造方法、並びに、このような偏光変換素子を用いた光源ユニットに関するものである。

液晶プロジェクタなどの光学装置において、光源からの照明光の偏光方向を揃えるために偏光変換素子が用いられている（例えば、下記特許文献１参照）。図１（Ａ）に示すように、従来の偏光変換素子１０は、光入射面１２と光出射面１４とが形成された矩形板状の偏光分離素子１６と、偏光分離素子１６の光出射面１４に配置される縦長の１／２波長板１８とから構成される。

偏光分離素子１６は、ＰＳＢコートが施された光分離面２４を備えている。光分離面２４は、偏光方向が互いに直交するＰ偏光とＳ偏光とのうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。１／２波長板１８は、光分離面２４に１つおきで対応するように、所定の配列ピッチで並べられており、透過する光の偏光方向を９０°変換する。

そして、同図（Ｂ）に示すように、偏光変換素子１０は、光入射面１２のうち１／２波長板１８と対面した範囲から入射した照明光を、光分離面２４によりＰ偏光とＳ偏光に分離して、Ｓ偏光はそのまま光出射面１４から出射させ、Ｐ偏光は１／２波長板１８を透過させてＳ偏光に変換して出射させる。これにより、照明光の偏光方向が揃えられる。

しかし、偏光変換素子は、照明光を２つに分離する性質上、光出射面の大きさに対して、光入射面のうち有効な範囲（有効入射範囲）の大きさが約半分となり、有効入射範囲外に照射された照明光は有効に活用されないといった問題があった。すなわち、図１に示す例においては、光入射面１２のうち１／２波長板１８と対面している縦長の範囲が有効入射範囲であり、ここに照射された照明光に関しては上述のようにＳ偏光に変換されて出射されるが、これ以外の範囲に照射された照明光はＳ偏光に変換されない。

このため、照明光を有効入射範囲に照射するために各種工夫がなされている。例えば、ＬＥＤなど小型の光源を複数設ける場合は、各光源を有効入射範囲に沿って縦方向に並べ、各光源の光軸を有効入射範囲に重ね合わせることで、照明光を有効入射範囲に照射している。また、光源が大型の場合は、光源と偏光変換素子との間に、有効入射範囲に沿って縦方向に並べられた複数のレンズから構成されるフライアイレンズを設け、このフライアイレンズによって光源からの照明光を複数の２次光源に分割し、各２次光源からの光軸を有効入射範囲に重ね合わせることで、照明光を有効入射範囲に照射している（例えば、下記特許文献２参照）。
特開２００１−２３５６２４号公報 特開平１１−２１８７２４号公報

ところで、小型の光源やフライアイレンズを構成する各レンズを効率よく密に配置するためには、光源やレンズを隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらした市松模様状に配列することが好ましく、特に小型の光源は、光量を確保するために所定範囲内にできるだけ多数配置する必要があり、隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらした市松模様状に配置されることが多い。しかしながら、従来の偏光変換素子は縦長の有効入射範囲を有するものであり、市松模様状に配列された各光源の光軸を有効照射範囲に重ね合わせることが困難であった。

本発明は、上記背景を鑑みてなされたものであり、小型の光源や、フライアイレンズを構成する各レンズを市松模様状に配列しても、各光源の光軸を有効照射範囲に重ね合わせ、照明光を有効入射範囲に照射することが容易な偏光変換素子並びに光源ユニットを提供することを目的としている。また、本発明はこのような偏光変換素子を容易に製造できる偏光変換素子の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の偏光変換素子は、透過する光の偏光方向を９０°変換する１／２波長板が、光出射面の一部を覆うように設けられ、光入射面のうち前記１／２波長板の設置位置に応じて決定される有効入射範囲に照射された照明光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離した後、一方の直線偏光を前記１／２波長板を透過させることで、前記照明光の偏光方向を揃える偏光変換素子において、前記１／２波長板を、前記２つの直線偏光のうち他方の直線偏光の光路を開放する複数の開口を備えた１枚のシートから構成するとともに、前記有効入射範囲が、隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらした市松模様状に形成されるように、前記開口を市松模様状に配列したことを特徴としている。

また、本発明の光源ユニットは、上記偏光変換素子と、この偏光変換素子の有効入射範囲と対面するように、市松模様状に配列された複数の光源とから構成されることを特徴としている。

さらに、本発明の偏光変換素子の製造方法は、透過する光の偏光方向を９０°変換する１／２波長板が、光出射面の一部を覆うように設けられ、光入射面のうち前記１／２波長板の設置位置に応じて決定される有効入射範囲に照射された照明光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離した後、一方の直線偏光を前記１／２波長板を透過させることで、前記照明光の偏光方向を揃える偏光変換素子の製造方法において、前記１／２波長板を、前記２つの直線偏光のうち他方の直線偏光の光路を開放する複数の開口が、隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらして市松模様状に配列された１枚のシートから構成し、このシートを前記光出射面に貼り付けることを特徴としている。

本発明によれば、偏光変換素子の有効照射領域が市松模様状となる。このため、小型の光源やフライアイレンズを構成する各レンズを市松模様状に配列しても、各光源の光軸を有効照射範囲に重ね合わせ、有効入射範囲に照明光を照射することが容易である。

また、本発明の偏光変換素子は、開口を市松模様状に設けたシート状の１／２波長板を光出射面に貼り付けることにより、容易に製造することができる。

本発明を実施した偏光変換素子の前面側外観図を図２に、背面側外観図を図３に、分解図を図４にそれぞれ示す。偏光変換素子３０は、以降の光学系に対してＳ偏光を供給する際に用いられるものであり、前面側に光入射面３２が形成され、背面側に光出射面３４が形成された矩形板状の偏光分離素子３６と、この偏光分離素子３６の光出射面３４に配置される１／２波長板３８とから構成される。

偏光分離素子３６は、ＰＢＳコートの施された光分離面４４を備えている。光分離面４４は、互いに平行な光入射面３２及び光出射面３４に対して４５°傾けられた状態で並べて配置されている。そして、光分離面４４は、偏光方向が互いに直交するＰ偏光とＳ偏光のうち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する。

１／２波長板３８は、透過する光の偏光方向を９０°変換する１枚の光学シートからなり、市松模様状に配列された開口５０を備えている。開口５０は、図３、図４中Ａ−ａの指標で示す最上段から、同図中Ｂ−ｂの指標で示す最下段までの各段において、光分離面４４に１つおきで対応するように、所定ピッチで配列されている。また、開口５０は、隣り合う段ごとに配列ピッチが半ピッチずつずらされている。この１／２波長板３８は、例えば、プレス機などにより光学シートから開口５０部分を型抜きすることによって形成され、接着剤などを用いて光出射面３４に接着される。

図５に示すように、照明光が、光入射面３２のうち１／２波長板３８と対面する範囲６０から入射した場合、この照明光は、光分離面４４を透過するＰ偏光と、光分離面４４により光入射面３２と平行な方向に反射されるＳ偏光とに分離される。そして、光分離面４４を透過したＰ偏光は、１／２波長板３８を透過することによりＳ偏光に変換されて出射される。また、光分離面４４により反射されたＳ偏光は、さらに隣の光分離面４４にて光入射面３２と垂直な方向に反射され、開口５０を通って出射される。

反対に、照明光が、光入射面３２のうち開口５０と対面する範囲から入射した場合、光分離面４４を透過したＰ偏光がそのまま開口５０から出射される。また、光分離面４４により反射されたＳ偏光がさらに隣の光分離面４４にて反射された後、１／２波長板３８を透過することでＰ偏光に変換される。前述したように、本実施形態の偏光変換素子３０は、後の光学系にＳ偏光を供給するものである。このため、本実施形態では、光入射面３２のうち１／２波長板３８と対面する範囲６０が有効入射範囲（以下、有効入射範囲６０と称する）となる。これにより、光入射面３２には、１／２波長板３８に対応した市松模様状の有効入射範囲６０（図２参照）が形成される。

この偏光変換素子３０は、図６に示すように、光源部７０とともに光源ユニット７２を構成し、例えば、液晶プロジェクタや液晶表示装置などの光学装置に用いられる。光源部７２は、基板７４と、この基盤７４上に配列される複数のＬＥＤ７６とから構成される。前述のように、偏光変換素子３０は市松模様状の有効入射範囲６０（図２参照）を有するため、各ＬＥＤ７６は偏光変換素子３０の有効入射範囲６０と対面するように、市松模様状に配列される。各ＬＥＤ７６の光出射面には集光用のレンズ（図示せず）が設けられ、各ＬＥＤ７６からの照明光はそれぞれ対応する有効入射範囲６０に入射される。

このように、本発明の偏光変換素子は、市松模様状の有効入射範囲を有するので、同じく市松模様状に配列されたＬＥＤからの照明光を、容易に有効入射範囲に入射させることができる。また、このような偏光変換素子を用いた光源ユニットは、ＬＥＤを市松模様状に配列することで、縦長の有効照射範囲に沿ってＬＥＤを配列する場合と比較して、ＬＥＤを密に配置することができるので、同じ大きさの基板上により多くのＬＥＤを配置し、光量を大きくすることができる。さらに、本発明の偏光変換素子は、開口部分を型抜きすることによって形成された１枚のシート状の１／２波長板を、偏光分離素子の光出射面に貼り付けることによって、容易に製造することができる。

もちろん、偏光分離素子の光出射面に複数の１／２波長板を市松模様状に貼り付けたり、図１にて示した従来の偏光変換素子を図中横方向に複数段に切断して、各段を互い違いに配置することで偏光変換素子を構成してもよい。しかし、複数の１／２波長板を貼り付けると、手間がかかりコストが高くなってしまう。また、従来の偏光変換素子を切断する方法では、切断の際に１／２波長板が痛んでしまう恐れがある。このため、上記実施形態のように、市松模様状の開口を形成した１枚の１／２波長板を偏光分離素子に接着することが好ましい。

上記実施形態では、複数のＬＥＤを光源として用いる例で説明をしたが、１つの超高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどを光源として用いてもよい。この場合、光源からの照明光を複数枚のレンズが配列されたフライアイレンズによって複数の２次光源に分割し、各２次光源からの照明光をそれぞれ有効入射範囲に照射すればよい。この場合においても、本発明の偏光変換素子の有効入射範囲が市松模様状なので、フライアイレンズを構成する各レンズを効率よく市松模様状に配置することができる。

なお、本発明は、市松模様状に配列された開口を備えた１／２波長板を、偏光分離素子の光出射面に配置することで照明光の偏光方向を揃えればよいので、細部の構成に関しては上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、後の光学系にＳ偏光を供給する例で説明をしたが、後の光学系にＰ偏光を供給する場合は、有効入射範囲の配置が上記実施形態とは反転する。また、後の光学系にＰ偏光を供給する場合、上記実施形態で用いた１／２波長板に対して開口の配置を反転させた１／２波長板を用いることもできる。さらに、偏光分離素子に設けた光分離面の幅や配列ピッチ、１／２波長板に形成する開口の配列ピッチについても、ＬＥＤやフライアイレンズの構成に応じて適宜変更することができる。

従来の偏光変換素子を表す説明図である。 本発明の偏光変換素子の前面側外観図である。 本発明の偏光変換素子の背面側外観図である。 本発明の偏光変換素子の分解図である。 本発明の偏光変換素子を表す説明図である。 本発明の光源ユニットを表す説明図である。

符号の説明

１０、３０ 偏光変換素子
１２、３２ 光入射面
１４、３４ 光出射面
１６、３６ 偏光分離素子
１８、３８ １／２波長板
２４、４４ 光分離面
５０ 開口
６０ 有効入射範囲
７０ 光源部
７２ 光源ユニット
７６ ＬＥＤ

Claims (3)

1. 透過する光の偏光方向を９０°変換する１／２波長板が、光出射面の一部を覆うように設けられ、光入射面のうち前記１／２波長板の設置位置に応じて決定される有効入射範囲に照射された照明光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離した後、一方の直線偏光を前記１／２波長板を透過させることで、前記照明光の偏光方向を揃える偏光変換素子において、
   前記１／２波長板を、前記２つの直線偏光のうち他方の直線偏光の光路を開放する複数の開口を備えた１枚のシートから構成するとともに、
   前記有効入射範囲が、隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらした市松模様状に形成されるように、前記開口を市松模様状に配列したことを特徴とする偏光変換素子。
2. 請求項１記載の偏光変換素子と、この偏光変換素子の有効入射範囲と対面するように、市松模様状に配列された複数の光源とから構成されることを特徴とする光源ユニット。
3. 透過する光の偏光方向を９０°変換する１／２波長板が、光出射面の一部を覆うように設けられ、光入射面のうち前記１／２波長板の設置位置に応じて決定される有効入射範囲に照射された照明光を、偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離した後、一方の直線偏光を前記１／２波長板を透過させることで、前記照明光の偏光方向を揃える偏光変換素子の製造方法において、
   前記１／２波長板を、前記２つの直線偏光のうち他方の直線偏光の光路を開放する複数の開口が、隣り合う列同士の配列ピッチを半ピッチずらして市松模様状に配列された１枚のシートから構成し、このシートを前記光出射面に貼り付けることを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
   

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