JP2010181717A - Polarizing illumination optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無偏光の入射光を一定の偏光方向をもつ直線偏光光に変換する偏光照明光学素子に関する。 The present invention relates to a polarization illumination optical element that converts non-polarized incident light into linearly polarized light having a certain polarization direction.
液晶表示パネルに表示させた画像を光源ランプからの光で照明してスクリーンに投写する液晶プロジェクタが種々製品化されている。よく知られるように、液晶表示パネルは、液晶分子を封入した所定厚みの液晶層と、その入射面側と出射面側にそれぞれ配置された偏光子と検光子とを備えている。偏光子と検光子とは、それぞれの偏光方向が互いに直交、あるいは平行となるように配置され、液晶層に入射した直線偏光光の通過を液晶分子の配向姿勢に応じて制御し、検光子を通して出射する直線偏光光の光量調節を行う。 Various liquid crystal projectors that illuminate an image displayed on a liquid crystal display panel with light from a light source lamp and project the image onto a screen have been commercialized. As is well known, a liquid crystal display panel includes a liquid crystal layer having a predetermined thickness in which liquid crystal molecules are encapsulated, and a polarizer and an analyzer disposed on the incident surface side and the output surface side, respectively. The polarizer and the analyzer are arranged so that their polarization directions are orthogonal or parallel to each other, and control the passage of linearly polarized light incident on the liquid crystal layer according to the orientation of the liquid crystal molecules, and pass through the analyzer. The light amount of the linearly polarized light to be emitted is adjusted.
一方、液晶プロジェクタの光源装置中には、光源からの無偏光光を液晶表示パネルの偏光子と同じ向きの偏光方向の直線偏光光に変換する偏光照明光学素子が用いられるのが通常である。このような偏光照明光学素子としては、特許文献1で知られるように、偏光ビームスプリッタとλ/2位相差板とを組み合わせたプリズムアレイが多用されている。偏光ビームスプリッタは、偏光方向が互いに直交する2種類の直線偏光光のうちの一方を透過させ他方を反射させる偏光分離面を備え、この偏光分離面で分離された二種類の直線偏光光のいずれかをλ/2位相差板を通して偏光方向を90度回転させた後、他方の直線偏光光と併せることによって、偏光方向がそろった直線偏光光を得るようにしている。 On the other hand, in a light source device of a liquid crystal projector, a polarization illumination optical element that converts non-polarized light from a light source into linearly polarized light having the same polarization direction as that of a polarizer of a liquid crystal display panel is usually used. As such a polarization illumination optical element, as known from Patent Document 1, a prism array in which a polarization beam splitter and a λ / 2 phase difference plate are combined is frequently used. The polarization beam splitter includes a polarization separation surface that transmits one of two types of linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other and reflects the other, and any one of the two types of linearly polarized light separated by the polarization separation surface. After rotating the polarization direction by 90 degrees through the λ / 2 phase difference plate, it is combined with the other linearly polarized light to obtain linearly polarized light having the same polarization direction.
液晶プロジェクタの光源装置では、光源から照射された照明光をレンズアレイで平行光束に変換してから偏光照明光学素子に入射させている。しかしながら、照明光は、レンズアレイで平行光束に変換したとしても、その全てが光軸と平行にはならず、一部の光線は、5度程度の傾きを持って偏光照明光学素子に入射する。このように傾きを持って偏光照明光学素子に入射した照明光は、偏光照明光学素子の内部で反射して光源側に戻ったり、偏光分離面に入射せず、偏光方向が直交する2種類の直線偏光光が混在した状態のまま偏光照明光学素子から出射したりする場合があり、偏光照明光学素子の直線偏光光への変換効率を低下させる要因となっていた。 In a light source device of a liquid crystal projector, illumination light irradiated from a light source is converted into a parallel light beam by a lens array and then incident on a polarization illumination optical element. However, even if the illumination light is converted into a parallel light beam by the lens array, not all of the illumination light is parallel to the optical axis, and some light rays are incident on the polarization illumination optical element with an inclination of about 5 degrees. . The illumination light incident on the polarization illumination optical element with such an inclination is reflected inside the polarization illumination optical element and returns to the light source side, does not enter the polarization separation surface, and two types of polarization directions are orthogonal to each other. In some cases, linearly polarized light is emitted from the polarized illumination optical element in a mixed state, which has been a factor of reducing the conversion efficiency of the polarized illumination optical element into linearly polarized light.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、液晶プロジェクタの光源装置などに用いられる偏光照明光学素子において、傾きを持って入射する照明光も適切に直線偏光光に変換できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a polarized illumination optical element used in a light source device of a liquid crystal projector, illumination light incident with an inclination can be appropriately converted into linearly polarized light. For the purpose.
上記目的を達成するため、本発明の偏光照明光学素子は、一対の直角プリズムを組み合わせることで四角柱状に形成された第1プリズムセットと、前記第1プリズムセットと略同一に構成され、側面を合わせるように前記第1プリズムセットに隣接して配置される第2プリズムセットと、前記第1プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、P偏光又はS偏光の直線偏光光の一方を透過させて前記第1プリズムセットから出射させるとともに、他方を反射させて前記第2プリズムセットに入射させる偏光分離膜と、前記第1プリズムセットから出射する直線偏光光と同じ方向に向かって出射するように、前記前記第2プリズムセットに入射した直線偏光光の光路を変える光路変更手段と、前記偏光分離膜が分離させたP偏光又はS偏光の直線偏光光の一方の偏光方向を90度回転させることにより、前記各プリズムセットから出射する直線偏光光をP偏光又はS偏光の一方に揃える偏光変換手段と、前記各プリズムセットの間に設けられ、小さい入射角で入射した光を透過させ、大きい入射角で入射した光を反射させる特性を有する角度選択膜とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the polarized illumination optical element of the present invention includes a first prism set formed into a quadrangular prism shape by combining a pair of right-angle prisms, and is configured substantially the same as the first prism set, and has a side surface. A second prism set disposed adjacent to the first prism set so as to be aligned, and the pair of right-angle prisms of the first prism set, and one of P-polarized light or S-polarized linearly polarized light A polarization separation film that is transmitted and emitted from the first prism set, and the other is reflected and incident on the second prism set, and is emitted in the same direction as the linearly polarized light emitted from the first prism set As described above, the optical path changing means for changing the optical path of the linearly polarized light incident on the second prism set, and the P-polarized light or Between each prism set and a polarization conversion means for aligning linearly polarized light emitted from each prism set to one of P-polarized light or S-polarized light by rotating one polarization direction of S-polarized linearly polarized light by 90 degrees And an angle selection film having a characteristic of transmitting light incident at a small incident angle and reflecting light incident at a large incident angle.
前記第2プリズムセットは、前記第1プリズムセットの前記一対の直角プリズムの斜面と、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの斜面とが直交するように配置され、前記光路変更手段は、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、前記第1プリズムセットに設けられた前記偏光分離膜と同一の特性を有する偏光分離膜であり、前記偏光変換手段は、各々の稜線が互いに平行かつ同一面上に並ぶように配列された複数の直角プリズム要素を有し、前記各稜線がP偏光及びS偏光の直線偏光光の偏光方向に対して45度傾くように前記第2プリズムセットの入射側の側面に設けられ、入射した直線偏光光を前記直角プリズム要素の一対の斜面でそれぞれ内面全反射させることにより、直線偏光光の偏光方向を90度回転させるとともに、変換後の直線偏光光を入射方向と逆向きに出射させることが好ましい。 The second prism set is arranged so that the slopes of the pair of right-angle prisms of the first prism set and the slopes of the pair of right-angle prisms of the second prism set are orthogonal to each other, and the optical path changing means is A polarization separation film provided between the pair of right-angle prisms of the second prism set and having the same characteristics as the polarization separation film provided in the first prism set; A plurality of right angle prism elements arranged such that the ridge lines are parallel to each other and arranged on the same plane, and the ridge lines are inclined by 45 degrees with respect to the polarization directions of the linearly polarized light of P-polarized light and S-polarized light. The polarization direction of the linearly polarized light is provided on the side surface on the incident side of the two prism sets, and the total linear reflection of the incident linearly polarized light by the pair of inclined surfaces of the right-angle prism element. The is rotated 90 degrees, is causing it is preferable emit linearly polarized light after conversion to the incident direction and opposite.
また、前記第2プリズムセットを、前記第1プリズムセットの前記一対の直角プリズムの斜面と、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの斜面とが平行になるように配置し、前記光路変更手段を、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、入射した直線偏光光を反射させる反射膜とし、前記偏光変換手段を、前記各プリズムセットの出射側の側面の一方に設けられ、透過する直線偏光光の偏光方向を90度回転させるλ/2位相差膜としてもよい。 Further, the second prism set is arranged so that the inclined surfaces of the pair of right-angle prisms of the first prism set are parallel to the inclined surfaces of the pair of right-angle prisms of the second prism set, and the optical path change The means is a reflection film provided between the pair of right-angle prisms of the second prism set, and reflects the incident linearly polarized light, and the polarization conversion means is provided on one of the exit side surfaces of the prism sets. A λ / 2 retardation film that is provided and rotates the polarization direction of transmitted linearly polarized light by 90 degrees may be used.
本発明によれば、小さい入射角で入射した光を透過させ、大きい入射角で入射した光を反射させる特性を有する角度選択膜を各プリズムセットの間に設けたので、傾きを持って入射した無偏光の入射光も適切に直線偏光光に変換することができる。 According to the present invention, since the angle selection film having the characteristic of transmitting the light incident at a small incident angle and reflecting the light incident at a large incident angle is provided between the prism sets, the light is incident with an inclination. Non-polarized incident light can be appropriately converted into linearly polarized light.
図1に示すように、液晶プロジェクタの光源装置は、リフレクタ3とともに用いられる光源ランプ2を備えている。この光源ランプ2には、超高圧水銀ランプなどの高輝度のランプが用いられる。照明光路中には、赤外線及び紫外線カット用のフィルタ4が設けられ、種々の偏光光が合成された無偏光・可視域の照明光は、第1レンズアレイ5に入射する。第1レンズアレイ5は、複数のセグメントレンズを液晶表示パネルの矩形形状に倣うように矩形マトリクス状に配列したもので、同様の構造をもつ第2レンズアレイ6と協同して光源からの光を複数の光束に分割する。
As shown in FIG. 1, the light source device of the liquid crystal projector includes a
第2レンズアレイ6の個々のセグメントレンズから出射した照明光は、偏光照明光学素子7にほぼ平行光束となって入射する。偏光照明光学素子7は、様々な偏光光を含む無偏光の照明光中から紙面と垂直な偏光方向をもった直線偏光光を分離して照明レンズ8に入射させる作用をもつ。照明レンズ8は、偏光照明光学素子7から出射した直線偏光光を液晶表示パネルの有効画面内に導き、これにより液晶表示パネルを直線偏光光で効率的に照明することができる。
The illumination light emitted from each segment lens of the second lens array 6 enters the polarization illumination
図2に示すように、偏光照明光学素子7は、直方体状の外観を呈しており、偏光ビームスプリッタアレイ10と、その光入射面側に接合された複数のプリズムシート(偏光変換手段)12とから構成されている。偏光ビームスプリッタアレイ10は、一対の直角プリズム20、21を組み合わせた第1プリズムセット14と、同様に一対の直角プリズム22、23を組み合わせた第2プリズムセット15とを有し、これらを照明光の光軸と直交する方向に交互に複数並べることによって構成されている。直角プリズム20〜23は、同一形状の直角二等辺三角柱に形成されている。また、直角プリズム20〜23には、例えば、屈折率1.52の光学ガラス(BK7)が用いられている。
As shown in FIG. 2, the polarization illumination
第1プリズムセット14は、互いの斜面を合わせるように直角プリズム20、21を組み合わせて接合させることで、正四角柱の外形を成している。第2プリズムセット15も同様に、互いの斜面を合わせるように直角プリズム22、23を組み合わせて接合させることで、正四角柱の外形を成している。各プリズムセット14、15は、側面を合わせるように隣接して接合されている。ここで、直角プリズム20〜23の斜面とは、直角二等辺三角形に形成された上面及び底面の双方の斜辺を含む面のことである。
The first prism set 14 forms an outer shape of a regular quadrangular prism by combining and joining the right-
偏光ビームスプリッタアレイ10は、このように各プリズムセット14、15を複数接合することで、直方体状に形成される。また、偏光ビームスプリッタアレイ10は、直角プリズム20、21の斜面と直角プリズム22、23の斜面とが直交するように向きを決めて各プリズムセット14、15を接合させている。
The polarization
第1プリズムセット14の直角プリズム20、21の間には、誘電体多層膜からなる偏光分離膜16が設けられている。第2プリズムセット15の直角プリズム22、23の間にも、同様の偏光分離膜(光路変更手段)17が設けられている。偏光分離膜16、17は、P偏光成分の直線偏光光(偏光分離膜16、17の法線と入射光線とを含む面に平行な偏光方向をもつ)を透過させ、S偏光成分の直線偏光光(P偏光成分の直線偏光光の偏光方向と直交する偏光方向をもつ)を反射させる特性を有している。
Between the right-
また、各プリズムセット14、15の間には、入射した光の入射角によって、その光を透過又は反射させる特性を有する角度選択膜18が設けられている。角度選択膜18は、図3に示すように、400〜700nmの可視域の光が0〜10度の入射角で入射した場合、その光をほぼ100%透過させる。一方、角度選択膜18は、図4に示すように、400〜700nmの可視域の光が80〜90度の入射角で入射した場合、その光をほぼ100%反射させる。ここで、入射角とは、入射光線が入射点に立てた法線に対してなす角のことであるから、入射角0度で入射する光とは、すなわち角度選択膜18の表面に対する法線と平行に入射する光(表面に対して垂直に入射する光)のことである。
In addition, an
このように、角度選択膜18は、小さい入射角で入射した光を透過させ、大きい入射角で入射した光を反射させる特性を有している。この角度選択膜18は、例えば、屈折率1.46の酸化シリコン(SiO2)の単層膜を約0.5μmの厚みで成膜することにより構成される。
Thus, the
プリズムシート12は、偏光ビームスプリッタアレイ10に含まれる各第2プリズムセット15のそれぞれに対応して設けられている。プリズムシート12は、直角プリズム22の側面と略同一の外形を有する短冊状に形成され、入射側の側面を覆うように直角プリズム22に接合されている。このプリズムシート12は、透明なプラスチックまたはガラスで製造することができる。
The
このように、偏光ビームスプリッタアレイ10は、第2レンズアレイ6と対面する直角プリズム20、22の各側面のうち、直角プリズム20の側面は外部に露呈され、直角プリズム22の側面はプリズムシート12によって覆われている。なお、直角プリズム20の側面を覆う部分を平行平面にしておけば、短冊状の複数枚のプリズムシート12を一繋がりした1枚のシートにすることも可能である。
As described above, in the polarizing
図5に示すように、プリズムシート12には、互いの稜線が平行かつ同一面上に並ぶように配列された複数の直角プリズム要素26が形成されている。直角プリズム要素26は、それぞれの稜線が直角プリズム20〜23の各稜線に対して45度傾いて形成されている。プリズムシート12は、偏光分離膜17で反射したS偏光成分の直線偏光光が直角プリズム22の側面から出射し、直角プリズム要素26の斜面に入射した際に、直角プリズム要素26の一対の斜面で2回内面全反射させることにより、入射したS偏光成分の直線偏光光の光路を180度反転させて入射方向と逆向きに出射させるとともに、偏光方向を90度回転させる。このように、プリズムシート12は、直角プリズム22の側面から出射したS偏光成分の直線偏光光を、P偏光成分の直線偏光光に変換して再び偏光分離膜17に入射させる。
As shown in FIG. 5, the
次に、上記偏光照明光学素子7の作用について説明する。第2レンズアレイ6を構成する個々のマイクロレンズから主光線が略平行に出射した無偏光の照明光は、それぞれのマイクロレンズごとに偏光照明光学素子7に入射する。図6に示すように、マイクロレンズから出射した照明光は、第1プリズムセット14の直角プリズム20の側面を通って偏光分離膜16に45度の入射角で入射する。
Next, the operation of the polarized illumination
偏光分離膜16は、入射した照明光の中からP偏光成分の直線偏光光を透過させ、S偏光成分の直線偏光光を90度反射させる。透過したP偏光成分の直線偏光光は、そのまま直角プリズム21を通って第1プリズムセット14から出射する。
The
偏光分離膜16で反射したS偏光成分の直線偏光光は、約0度の入射角で角度選択膜18に入射して角度選択膜18を透過し、第2プリズムセット15の直角プリズム22に入射する。そして、頂角90度で偏光分離膜16と対面している第2プリズムセット15の偏光分離膜17で再度反射し、直角プリズム22の側面から出射してプリズムシート12に向かう。
The linearly polarized light of the S-polarized component reflected by the
この直線偏光光は、偏光方向(偏光面)が紙面に対して垂直なS偏光成分からなる偏光光になっているが、その偏光方向に対して稜線が45度傾いた直角プリズム要素26に入射すると、その一対の斜面でそれぞれ内面全反射する間に偏光方向が90度回転し、偏光方向が紙面と平行なP偏光成分の直線偏光光となって第1プリズムセット14から出射する直線偏光光に揃えられる。
This linearly polarized light is polarized light composed of an S-polarized component whose polarization direction (polarization plane) is perpendicular to the paper surface, but is incident on a right-
変換されたP偏光成分の直線偏光光は、再び偏光分離膜17に入射する。そして、偏光分離膜17及び直角プリズム23を透過し、第1プリズムセット14から出射するP偏光成分の直線偏光光と同じ方向に向かって第2プリズムセット15を出射する。これにより、偏光分離膜16によって分離されたS偏光成分の直線偏光光も、偏光分離膜16を透過したP偏光成分の直線偏光光とともに液晶表示パネルの照明光として利用することができるようになる。
The converted linearly polarized light of the P-polarized component is incident on the
ところで、第2レンズアレイ6から偏光照明光学素子7に照射される無偏光の照明光は、その全てが光軸と平行にはならず、図7、8に示すように、一部の光線は、5度程度の傾きを持って直角プリズム22の側面に入射する(これ以降、傾きを持って入射する光線を傾斜光線と称す)。
By the way, the non-polarized illumination light irradiated to the polarized illumination
図8に示すように、各プリズムセット14、15の間に角度選択膜18が設けられていない場合には、傾斜光線が直角プリズム20、22の境界部分を透過して、第1プリズムセット14側の偏光分離膜16ではなく、第2プリズムセット15側の偏光分離膜17に入射してしまうことがある。このように傾斜光線が偏光分離膜17に入射すると、傾斜光線に含まれるS偏光成分の直線偏光光が、偏光分離膜16、17で反射した後、直角プリズム20の側面から光源側に出射して不要光となってしまう。
As shown in FIG. 8, when the
一方、各プリズムセット14、15の間に角度選択膜18が設けられていると、図7に示すように、5度程度の傾きを持って直角プリズム20の側面から入射した傾斜光線は、約85度の入射角で角度選択膜18に入射し、角度選択膜18で反射して偏光分離膜16に入射する。そして、偏光分離膜16に入射した後は、直角プリズム20の側面に対して垂直に入射した光線(図6参照)と同様の経路を辿り、P偏光成分の直線偏光光に変換されて第2プリズムセット15から出射される。
On the other hand, when the
このように、各プリズムセット14、15の間に角度選択膜18を設ければ、傾斜光線に含まれるS偏光成分の直線偏光光が光源側に出射して不要光となることを防ぎ、P偏光成分の直線偏光光に適切に変換することができる。そして、この偏光照明光学素子7を利用することによって、無偏光光として光源ランプ2から照射された照明光の中から、P偏光成分の直線偏光光をほぼ損失なく取り出すことが可能となり、液晶表示パネルを効率的に照明することができる。
As described above, if the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と機能・構成上同一のものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態の偏光照明光学素子40は、偏光ビームスプリッタアレイ42を備えている。偏光ビームスプリッタアレイ42は、上記第1の実施形態と同様に、一対の直角プリズム50、51を組み合わせた第1プリズムセット44と、一対の直角プリズム52、53を組み合わせた第2プリズムセット45とを有し、これらを交互に複数並べることによって構成されている。また、本実施形態の偏光ビームスプリッタアレイ42は、直角プリズム50、51の斜面と直角プリズム52、53の斜面とが平行になるように向きを決めて各プリズムセット44、45を接合させている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the same functions and configurations as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The polarization illumination
第1プリズムセット44の直角プリズム50、51の間には、P偏光成分の直線偏光光を透過させ、S偏光成分の直線偏光光を反射させる特性を有する偏光分離膜46が設けられている。第2プリズムセット45の直角プリズム52、53の間には、入射したP偏光成分又はS偏光成分の直線偏光光を反射させる反射膜(光路変更手段)47が設けられている。また、各プリズムセット44、45の間には、上記第1の実施形態の角度選択膜18と同様の特性を有する角度選択膜48が設けられている。
Between the right-
第2レンズアレイ6と対面する直角プリズム52の側面には、第2レンズアレイ6から照射される無偏光の照明光が入射することを防ぐ遮光膜56が設けられている。一方、第2レンズアレイ6と対面する直角プリズム50の側面は、外部に露呈している。従って、照明光は、第1プリズムセット44のみに入射する。また、直角プリズム53の側面には、P偏光成分又はS偏光成分の直線偏光光が透過する際に、その偏光方向を90度回転させるλ/2位相差膜(偏光変換手段)58が設けられている。
A
次に、本実施形態の作用を説明する。第2レンズアレイ6が照射した無偏光の照明光は、第1プリズムセット44の直角プリズム50の側面を通って偏光分離膜46に45度の入射角で入射する。偏光分離膜46は、入射した照明光の中からP偏光成分の直線偏光光を透過させ、S偏光成分の直線偏光光を90度反射させる。透過したP偏光成分の直線偏光光は、そのまま直角プリズム51を通って第1プリズムセット44から出射する。
Next, the operation of this embodiment will be described. The non-polarized illumination light irradiated by the second lens array 6 enters the
偏光分離膜46で反射したS偏光成分の直線偏光光は、約0度の入射角で角度選択膜48に入射して角度選択膜48を透過し、第2プリズムセット45の直角プリズム53に入射する。直角プリズム53に入射したS偏光成分の直線偏光光は、偏光分離膜46と平行に対面している反射膜47に入射する。反射膜47は、入射したS偏光成分の直線偏光光を、第1プリズムセット44から出射するP偏光成分の直線偏光光と同じ方向に向かうように反射させ、λ/2位相差膜58に入射させる。λ/2位相差膜58は、入射したS偏光成分の直線偏光光の偏光方向を90度回転させてP偏光成分の直線偏光光に変換し、第1プリズムセット44から出射する直線偏光光に偏光方向を揃える。これにより、上記第1の実施形態と同様に、偏光分離膜46によって分離されたS偏光成分の直線偏光光も、偏光分離膜46を透過したP偏光成分の直線偏光光とともに液晶表示パネルの照明光として利用することができる。
The linearly polarized light of the S-polarized component reflected by the
ところで、図11に示すように、各プリズムセット44、45の間に角度選択膜48が設けられていない場合には、照明光に含まれる傾斜光線が偏光分離膜46に入射せず、直角プリズム50、53の境界部分を透過してλ/2位相差膜58に入射してしまうことがある。この場合には、傾斜光線に含まれるP偏光成分の直線偏光光がS偏光成分の直線偏光光に変換されるとともに、S偏光成分の直線偏光光がP偏光成分の直線偏光光に変換され、P偏光成分とS偏光成分とが混在した直線偏光光として偏光照明光学素子40から出射してしまう。そして、S偏光成分の直線偏光光は、液晶表示パネルの照明光として利用することができないため、いわゆる迷光になってしまう。
By the way, as shown in FIG. 11, when the
一方、各プリズムセット44、45の間に角度選択膜48が設けられていると、図10に示すように、傾斜光線が角度選択膜18で反射して偏光分離膜46に入射する。そして、偏光分離膜46に入射した後は、直角プリズム50の側面に対して垂直に入射した光線(図9参照)と同様の経路を辿り、P偏光成分の直線偏光光に変換されて各プリズムセット44、45から出射される。
On the other hand, when the
このように、直角プリズム50、51の斜面と直角プリズム52、53の斜面とが平行になるように各プリズムセット44、45を配置した際にも、各プリズムセット44、45の間に角度選択膜48を設けることで、P偏光成分とS偏光成分とが混在した直線偏光光となって傾斜光線が偏光照明光学素子40から出射することを防ぎ、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even when the prism sets 44 and 45 are arranged so that the inclined surfaces of the right-
なお、上記第2の実施形態では、第2プリズムセット45の直角プリズム53の側面にλ/2位相差膜58を設け、P偏光成分の直線偏光光に揃えて照明光を出射させるようにしたが、これとは反対に、第1プリズムセット44の直角プリズム51の側面にλ/2位相差膜58を設け、S偏光成分の直線偏光光に揃えて照明光を出射させるようにしてもよい。
In the second embodiment, the λ / 2
上記各実施形態では、角度選択膜18、48の材料として、酸化シリコン(SiO2)の単層膜を示したが、角度選択膜18、48の材料は、これに限ることなく、直角プリズム20〜23、50〜53よりも屈折率の低い材料であればよい。例えば、フッ化マグネシウム(MgF2)の単層膜を用いてもよいし、五酸化タンタル(Ta2O5)と酸化シリコンとを交互に積層した誘電体多層膜を用いてもよい。さらには、屈折率の低い(例えば、屈折率1.44)シリコーン接着剤を用いてもよい。
In each of the above embodiments, a single layer film of silicon oxide (SiO 2 ) is shown as the material of the
上記各実施形態では、0〜10度の入射角で入射した光をほぼ100%透過させ、80〜90度の入射角で入射した光をほぼ100%反射させる角度選択膜18、48を示したが、角度選択膜18、48が透過又は反射させる入射角の範囲は、上記に限定されるものではない。
In each of the above embodiments, the
上記各実施形態では、直角プリズム20〜23、50〜53の材料として、屈折率1.52の光学ガラスを用いたが、直角プリズム20〜23、50〜53の材質、及び屈折率は、これに限定されるものではない。
In each of the above embodiments, optical glass having a refractive index of 1.52 is used as the material of the right-
上記各実施形態では、液晶プロジェクタの光源装置に本発明の偏光照明光学素子を適用した例を示したが、本発明の偏光照明光学素子は、これに限ることなく、他の光学機器に適用してもよい。 In each of the above embodiments, the example in which the polarized illumination optical element of the present invention is applied to the light source device of the liquid crystal projector has been shown. However, the polarized illumination optical element of the present invention is not limited to this and is applied to other optical devices. May be.
7、40 偏光照明光学素子
10、42 偏光ビームスプリッタアレイ
12 プリズムシート(偏光変換手段)
14、44 第1プリズムセット
15、45 第2プリズムセット
16、46 偏光分離膜
17 偏光分離膜(光路変更手段)
18、48 角度選択膜
20〜23、50〜53 直角プリズム
47 反射膜(光路変更手段)
58 λ/2位相差膜(偏光変換手段)
7, 40 Polarization illumination
14, 44 First prism set 15, 45 Second prism set 16, 46
18, 48 Angle selection film 20-23, 50-53
58 λ / 2 retardation film (polarization conversion means)
Claims (3)
前記第1プリズムセットと略同一に構成され、側面を合わせるように前記第1プリズムセットに隣接して配置される第2プリズムセットと、
前記第1プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、P偏光又はS偏光の直線偏光光の一方を透過させて前記第1プリズムセットから出射させるとともに、他方を反射させて前記第2プリズムセットに入射させる偏光分離膜と、
前記第1プリズムセットから出射する直線偏光光と同じ方向に向かって出射するように、前記前記第2プリズムセットに入射した直線偏光光の光路を変える光路変更手段と、
前記偏光分離膜が分離させたP偏光又はS偏光の直線偏光光の一方の偏光方向を90度回転させることにより、前記各プリズムセットから出射する直線偏光光をP偏光又はS偏光の一方に揃える偏光変換手段と、
前記各プリズムセットの間に設けられ、小さい入射角で入射した光を透過させ、大きい入射角で入射した光を反射させる特性を有する角度選択膜とを備えたことを特徴とする偏光照明光学素子。 A first prism set formed into a quadrangular prism by combining a pair of right-angle prisms;
A second prism set that is configured substantially the same as the first prism set and is disposed adjacent to the first prism set so that side surfaces thereof are aligned;
Provided between the pair of right-angle prisms of the first prism set, and transmits one of P-polarized light or S-polarized linearly polarized light to be emitted from the first prism set, and reflects the other to reflect the second. A polarization separation film incident on the prism set;
An optical path changing means for changing an optical path of the linearly polarized light incident on the second prism set so as to be emitted in the same direction as the linearly polarized light emitted from the first prism set;
By rotating one polarization direction of P-polarized light or S-polarized linearly polarized light separated by the polarization separation film by 90 degrees, linearly polarized light emitted from each prism set is aligned with either P-polarized light or S-polarized light. Polarization conversion means;
A polarization illumination optical element comprising an angle selection film provided between the prism sets and having a characteristic of transmitting light incident at a small incident angle and reflecting light incident at a large incident angle .
前記光路変更手段は、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、前記第1プリズムセットに設けられた前記偏光分離膜と同一の特性を有する偏光分離膜であり、
前記偏光変換手段は、各々の稜線が互いに平行かつ同一面上に並ぶように配列された複数の直角プリズム要素を有し、前記各稜線がP偏光及びS偏光の直線偏光光の偏光方向に対して45度傾くように前記第2プリズムセットの入射側の側面に設けられ、入射した直線偏光光を前記直角プリズム要素の一対の斜面でそれぞれ内面全反射させることにより、直線偏光光の偏光方向を90度回転させるとともに、変換後の直線偏光光を入射方向と逆向きに出射させることを特徴とする請求項1記載の偏光照明光学素子。 The second prism set is arranged so that the slopes of the pair of right-angle prisms of the first prism set and the slopes of the pair of right-angle prisms of the second prism set are orthogonal to each other,
The optical path changing means is a polarization separation film provided between the pair of right angle prisms of the second prism set and having the same characteristics as the polarization separation film provided in the first prism set,
The polarization converting means includes a plurality of right-angle prism elements arranged such that the ridge lines are parallel to each other and aligned on the same plane, and the ridge lines are in a polarization direction of linearly polarized light of P polarization and S polarization. The linearly polarized light is provided on the incident side surface of the second prism set so as to be inclined at 45 degrees, and the incident linearly polarized light is totally internally reflected by the pair of inclined surfaces of the right-angle prism element, thereby changing the polarization direction of the linearly polarized light. 2. The polarization illumination optical element according to claim 1, wherein the polarization illumination optical element is rotated by 90 degrees and emits the linearly polarized light after conversion in a direction opposite to the incident direction.
前記光路変更手段は、前記第2プリズムセットの前記一対の直角プリズムの間に設けられ、入射した直線偏光光を反射させる反射膜であり、
前記偏光変換手段は、前記各プリズムセットの出射側の側面の一方に設けられ、透過する直線偏光光の偏光方向を90度回転させるλ/2位相差膜であることを特徴とする請求項1記載の偏光照明光学素子。 The second prism set is arranged such that the slopes of the pair of right-angle prisms of the first prism set and the slopes of the pair of right-angle prisms of the second prism set are parallel to each other,
The optical path changing means is a reflective film that is provided between the pair of right-angle prisms of the second prism set and reflects incident linearly polarized light.
2. The phase difference film according to claim 1, wherein the polarization conversion means is a λ / 2 phase difference film that is provided on one of the exit side surfaces of each prism set and rotates the polarization direction of the linearly polarized light that is transmitted by 90 degrees. The polarization illumination optical element described.
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