JP2007093964A - Polarization conversion element - Google Patents
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Description
本発明は偏光変換素子に関し、特に構造が複雑なプリズムアレイを使用した偏光変換素子と比べて、簡易な構造で所定の機能を発揮する低コストな偏光変換素子に関するものである。 The present invention relates to a polarization conversion element, and more particularly to a low-cost polarization conversion element that exhibits a predetermined function with a simple structure as compared to a polarization conversion element that uses a prism array having a complicated structure.
パソコン等が表示する画面を直接スクリーンに投写することを可能とする液晶プロジェクタは、プレゼンテーション等の用途を目的に広く普及しつつあると共に、小型化、解像度の向上、そして光利用効率の改善などが図られている。
そこで、液晶プロジェクタに偏光変換素子を内蔵し、ハロゲンランプ等を用いた光源が出力する所定の光線を偏光変換して、液晶パネルに入射する光線の偏光方向を揃え、効率のよい光エネルギーの利用が為されるようになっている。
Liquid crystal projectors that can directly project a screen displayed by a personal computer or the like onto a screen are becoming widespread for the purpose of presentations, etc., and have been downsized, improved resolution, and improved light utilization efficiency. It is illustrated.
Therefore, a polarized light conversion element is built in the liquid crystal projector, and a predetermined light beam output from a light source using a halogen lamp or the like is subjected to polarization conversion so that the polarization direction of the light beam incident on the liquid crystal panel is aligned and efficient use of light energy is achieved. Has been made.
図2に、従来の偏光変換素子の構成例を示す。偏光変換素子1は、白色ガラスからなるプリズムの斜面に光学薄膜2を成膜したプリズムアレイ3の所定の位置に、フィルムにより構成する1/2波長板4を備えた構造である。又、プリズムアレイ3の入出射面、及び、1/2波長板4の出射面には図示していないが反射膜が施されている。
FIG. 2 shows a configuration example of a conventional polarization conversion element. The
以下、図2に示す偏光変換素子の機能を説明する。まず、ハロゲンランプ等の光源から放出される光線は、S偏光成分とP偏光成分とを含んでおり、偏光変換素子1の入射光としてプリズムアレイ3に入力される。ここで、液晶パネルを使用した画面の投写に必要な光線は、S偏光或いはP偏光のいずれか一方の偏光成分のみであるため、偏光変換素子1を用いて出射光の偏光方向を一方向に揃え、液晶プロジェクタにおいて効率よく光のエネルギーを使用出来るようにしている。
Hereinafter, the function of the polarization conversion element shown in FIG. 2 will be described. First, a light beam emitted from a light source such as a halogen lamp includes an S-polarized component and a P-polarized component, and is input to the
以下、出射光の偏光方向を一方向に揃える原理について説明する。
まず、プリズムアレイ3に入力された入射光のP偏光成分は、光学薄膜2において反射して1/2波長板4に入力する。光学薄膜2は、入射光のP偏光成分は反射し、S偏光成分は透過するよう機能する。ここで、入射光のP偏光成分は、1/2波長板を通過する際に偏光面が90°回転し、第一の経路よりS偏光となって出射する。一方、プリズムアレイ3に入力した入射光に含まれるS偏光成分は、光学薄膜2を透過し、第二の経路よりS偏光のまま出射する。従って、偏光変換素子1から出力する出射光は、S偏光に揃えられ、液晶プロジェクタにおいて効率のよい光エネルギーの利用が図られる。
First, the P-polarized component of incident light input to the
しかしながら、従来の偏光変換素子は、白色ガラスからなるプリズムの斜面に光学薄膜を成膜したプリズムアレイを製作した後に、所定の位置に1/2波長板を接着固定していたため、製造工程が複雑となり、製造コストが上昇して問題となっていた。
本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、製造コストの安い偏光変換素子を提供することを目的とする。
However, the conventional polarization conversion element has a complicated manufacturing process because a half-wave plate is bonded and fixed at a predetermined position after a prism array in which an optical thin film is formed on the slope of a prism made of white glass is manufactured. As a result, the manufacturing cost has increased and has been a problem.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a polarization conversion element having a low manufacturing cost.
上記目的を達成するために本発明に係わる偏光変換素子は、以下の構成をとる。
請求項1に記載の偏光変換素子は、所定の板厚に加工した複屈折板と1/2波長板とにより構成する偏光変換素子において、前記複屈折板に入射する複屈折板の光軸に対して直交する方向の直線偏光の成分は、常光線としてそのまま入射光の光路を直進して出射し、一方、前記複屈折板の光軸に対して平行な方向の直線偏光の成分は、異常光線として複屈折板において屈折し、所定の距離だけ前記入射光の光路より分離して出射すると共に、前記複屈折板から出射する前記異常光線を、前記1/2波長板を用いて偏光方向を90deg回転させ、該異常光線を前記常光線と同一方向の偏光方向の直線偏光として出射するよう構成する。
In order to achieve the above object, a polarization conversion element according to the present invention has the following configuration.
The polarization conversion element according to
請求項2に記載の偏光変換素子は、前記複屈折板の基板材料として水晶を用いるよう構成する。
The polarization conversion element according to
請求項3に記載の変更変換素子は、前記複屈折板の基板材料としてルチル、或いは、リチウムナイオベートを用いるよう構成する。
The change conversion element according to
請求項1乃至3に記載の発明は、従来より使用していた構造が複雑なプリズムアレイを用いた偏光変換素子と異なり、単板の複屈折板を使用して偏光変換素子を構成したので、構造が簡易であることから製造も容易であり、低コストの偏光変換素子を提供する上で大きな効果を発揮する。
Since the invention according to any one of
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、構造が複雑なプリズムアレイを不要とし、単板の複屈折板を使用して偏光変換素子を構成した。周知のように、複屈折板は、複屈折性を有する結晶等からなり、入射した光線を互いに直交した偏光方向の常光線と異常光線とに分離する。そこで、分離した異常光線を1/2波長板を用いて偏光面を90°回転させ、常光線と同一な偏光方向の直線偏光とし、偏光変換素子が出射する出射光の偏光方向を常光線に揃えることにより、液晶プロジェクタにおいて効率のよい光エネルギーの利用を図るよう機能させたものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments.
In the present invention, a prism array having a complicated structure is not required, and a polarization conversion element is configured using a single-plate birefringent plate. As is well known, the birefringent plate is made of a birefringent crystal or the like, and separates incident light rays into ordinary rays and extraordinary rays having polarization directions orthogonal to each other. Therefore, the separated extraordinary ray is rotated by 90 ° using a half-wave plate to obtain a linearly polarized light having the same polarization direction as the ordinary ray, and the polarization direction of the outgoing light emitted from the polarization conversion element is changed to the ordinary ray. By aligning them, the liquid crystal projector functions so as to use light energy efficiently.
図1は、本発明に係る偏光変換素子の実施例を示す構造図である。偏光変換素子5は、複屈折板6により構成し、複屈折板6の所定の位置には1/2波長板7を備えている。そこで、偏光変換素子5にハロゲンランプ等の光源から放出されるランダム偏光L1が入射されると、複屈折板6において、複屈折板6の光軸に対して直交する方向の直線偏光の成分は、常光線となりそのまま入射光L1の光路を直進し、直線偏光L2となって第二の経路より出射される。これに対して、複屈折板6の光軸に対して平行な方向の直線偏光の成分は、異常光線となり複屈折板6において屈折し、直線偏光L3となって分離される。
FIG. 1 is a structural diagram showing an embodiment of a polarization conversion element according to the present invention. The
一方、異常光線となった直線偏光L3の出射面には、1/2波長板7が設けられており、直線偏光の偏光面を90°回転させ、異常光線を常光線の直線偏光L2と同一な偏光方向の直線偏光L3’に変換し、第一の経路より出射する。従って、偏光変換素子5を出射する直線偏光は、常光線の偏光方向に揃えられることとなる。
On the other hand, a half-
次に、複屈折板6にランダム偏光L1を入射した際に分離される常光線L2と異常光線L3との分離距離について説明する。偏光変換素子5は、所定の板厚に加工した複屈折性を有する結晶等からなる複屈折板6が使用され、入射するランダム偏光L1を常光線の直線偏光L2と異常光線の直線偏光L3とに分離させるものであるが、常光線と異常光線との分離距離dは、常光線の屈折率n0と異常光線の屈折率neとの差が大きい程大きくなり、また、基板材料の厚みが厚くなれば大きくなるという特性を有しており、複屈折板6の基板板厚をtとすると分離距離dは下式で表すことが出来る。
Next, the separation distance between the ordinary ray L2 and the extraordinary ray L3 that are separated when the randomly polarized light L1 enters the
d=t・|((n02−ne2)・tanθ)/(n02・tanθ+ne2)|・・・(1)
但し、θは、複屈折板の主面法線と光学軸とのなす角度であり、複屈折板として水晶を用いた場合、通常45°に設定されるのが望ましい。
d = t · | ((n 0 2 −ne 2 ) · tan θ) / (n 0 2 · tan θ + ne 2 ) | (1)
However, θ is an angle formed by the principal surface normal of the birefringent plate and the optical axis, and when quartz is used as the birefringent plate, it is usually desirable to set it at 45 °.
分離距離dは、入射光と出射光との透過効率に関係し、分離距離dを小さくして1/2波長板を取り付けるピッチを縮小するほど透過効率が増加するが、コストとの兼ね合いがあり、最適な光学特性を得るように、適宜、複屈折板の厚みtを決定する。 The separation distance d is related to the transmission efficiency between the incident light and the outgoing light, and the transmission efficiency increases as the separation distance d is reduced and the pitch for attaching the half-wave plate is reduced. However, there is a tradeoff with cost. The thickness t of the birefringent plate is appropriately determined so as to obtain optimum optical characteristics.
なお、複屈折板の基板材料としては、使い易さやコストの面から水晶が用いられることが多いが、複屈折性を有するリチウムナイオベート若しくはルチル等の結晶を用いることも可能である。 As a substrate material for the birefringent plate, quartz is often used from the viewpoint of ease of use and cost, but it is also possible to use a crystal such as lithium niobate or rutile having birefringence.
1・・偏光変換素子、
2・・光学薄膜、
3・・プリズムアレイ、
4・・1/2波長板、
5・・偏光変換素子、
6・・複屈折板、
7・・1/2波長板
1. Polarization conversion element,
2. Optical thin film,
3. Prism array,
4. 1/2 wave plate,
5. ・ Polarization conversion element,
6. Birefringent plate,
7 ・ ・ 1/2 wave plate
Claims (3)
前記複屈折板に入射して得られる直線偏光の複屈折板の光軸方向と直交する成分を、常光線としてそのまま入射光の光路を直進して出射させると共に、前記複屈折板に入射して得られる直線偏光の複屈折板の光軸方向と平行な成分を、異常光線として複屈折板において屈折させ、これを前記入射光の光路から所定の距離だけ離れた光路に分離して出射させたものであって、前記複屈折板から出射する前記異常光線を、前記1/2波長板を用いて偏光方向を90°回転させ、該異常光線を前記常光線と同一方向の偏光方向の直線偏光として出射したことを特徴とする偏光変換素子。 In a polarization conversion element including a birefringent plate and a half-wave plate processed to a predetermined plate thickness,
The component orthogonal to the optical axis direction of the linearly polarized birefringent plate obtained by being incident on the birefringent plate is emitted as an ordinary ray by traveling straight through the optical path of the incident light and incident on the birefringent plate. A component parallel to the optical axis direction of the obtained linearly polarized birefringent plate is refracted as an extraordinary ray in the birefringent plate, and separated into an optical path separated by a predetermined distance from the optical path of the incident light and emitted. The extraordinary ray emitted from the birefringent plate is rotated by 90 ° in the polarization direction using the half-wave plate, and the extraordinary ray is linearly polarized in the same polarization direction as the ordinary ray. A polarization conversion element that is emitted as
The polarization conversion element according to claim 1, wherein rutile or lithium niobate is used as a substrate material of the birefringent plate.
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