JP2541474B2 - 投射型液晶表示装置の偏光変換光学系 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型液晶表示装置の
偏光変換光学系に関わり、特に、光源から照射される光
の利用効率を高めた投射型液晶表示装置の偏光変換光学
系に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像の大画面表示への要望が高ま
っている。大画面表示を行う装置として小型の液晶パネ
ルの表示内容を拡大投射する投射型液晶表示装置があ
る。

【０００３】偏光変換光学系のない投射型液晶表示装置
は、例えば図２に示す構成となっている。投射型液晶表
示装置の構成において、液晶パネルでは、その原理によ
り、光源４から照射されるビームの内の一偏光光のみが
透過し、その透過光を投射レンズ７により拡大して投影
写像を得ている。このため、光源４から投射された光束
の液晶パネル５における利用率は５０％以下である。
尚、利用されていない光束のエネルギーは、液晶パネル
５で熱に変換されている。

【０００４】上記の光束利用率を向上させる措置として
図３に示す構成の偏光変換光学系が考えられる。図３に
示す光学系は、光源４からの光束をｐ偏光光とｓ偏光光
とに分離する偏光ビームスプリッタ１（以下ＰＢＳとい
う）を備えている。ＰＢＳ１は２つの偏光ビームスプリ
ッタより構成され、２つの偏光ビームスプリッタの偏光
分離面は、互いに直交している。また、このＰＢＳ１に
より分離・反射されたｓ偏光光の光路を変えるための反
射ミラー２をＰＢＳ１に隣接させ、且つ反射ミラー２の
透過光に対する角度ａ'を，ａ'＝４５度，で配置し、ｓ
偏光光の光路中に位相差板３を配置している。このよう
な構成により、ＰＢＳ１により分離されたｐ偏光光の他
にｓ偏光光をｐ偏光光に変換し、その光路をｐ偏光光に
揃えて出射するため、偏光変換光学系を設けない場合に
は利用されなかった偏光光を有効に使用することが可能
となる。故に、光束利用効率が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ｓ偏光光の利用を考慮した投射型液晶表示装置では、Ｐ
ＢＳ１の透過光と反射光を液晶表示パネルの同一位置に
集光し輝度を高めるためには、図４に示すように光線を
光軸に対して集中角をもって入射させることが必要とな
る。光束密度を上げるために、図４に示すように反射ミ
ラー２の角度ａ''を４５度より小さくすると、反射ミラ
ー２によって反射された光の光路は、ＰＢＳ１を透過し
て直進する光束の光軸と平行でなくなり、ＰＢＳ１側に
近づくように傾斜する。この反射光のＰＢＳ１側への光
路変更は、ＰＢＳ１自体が光路の妨げとなる問題を生じ
る。構造的・物理的な関係から、分離されたｓ偏光光の
うちＰＢＳ１に近い中心側ほどこの影響を受け易い。光
源の出射する光線は一般的に、中心部ほど光束密度が高
い分布状態で構成されている。このため、ＰＢＳ１が中
心部の光束に対して光路の障壁となる上記の問題点は、
障害の影響度が大きいと言える。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解消し、光の利
用効率を高めた投射型液晶表示装置の偏光変換光学系を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系は、
光源から照射される光束をｐ偏光光およびｓ偏光光に分
離し出力する光学系であり、互いに直交する少なくとも
２つの偏光分離面により構成される偏光ビームスプリッ
タと、偏光分離面により反射された光の光路を変える非
球面の光束反射手段とを有し、偏光ビームスプリッタに
より分離された反射光がビームスプリッタに近い部分で
はビームスプリッタの偏光分離面での透過光に対し略平
行光となり、偏光ビームスプリッタから遠い部分では透
過光に対し集束光となるように、光束反射手段の非球面
の形状が形成されていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系
によれば、少なくとも互いに直交する２つの偏光分離面
により構成される偏光ビームスプリッタと、偏光分離面
により反射される光の光路を変える非球面の光束反射手
段とを有しているため、偏光ビームスプリッタにより分
離される光のビームスプリッタに近い部分ではビームス
プリッタの偏光分離面での透過光に対し略平行光とし、
偏光ビームスプリッタから遠い部分では透過光に対し集
束光とすることができる。

【０００９】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明による投射型
液晶表示装置の偏光変換光学系の実施例を詳細に説明す
る。図１を参照すると、本発明の投射型液晶表示装置の
偏光変換光学系の実施例が光源と共に示されている。以
下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細に
説明する。

【００１０】偏光変換光学系は、光の発生源である光源
４から照射された光を選別分離する偏光ビームスプリッ
タ１（ＰＢＳ），反射角度が均一でない非球面反射ミラ
ー２および光の光軸を回転する位相差板３により構成さ
れる。この光学系は、光源４から照射される略平行ビー
ムの中心位置のビームを基準光軸としている。

【００１１】ＰＢＳ１は、２枚の偏光分離面が基準光軸
に対しそれぞれ４５度，相互に直角を成して配置され、
光源から照射される光のｐ偏光光を透過し、ｓ偏光光を
反射する。

【００１２】非球面反射ミラー２は、反射ミラー２の反
射面の基準光軸に対する傾斜角度が、内側の角度ａが略
４５度、外側の角度ｂが略４２度の、楕円の長辺の形状
に類似した非球面形状とされる。この非球面反射ミラー
２へ基準光軸に対し直角のｓ偏光光が入射されると、反
射面の傾斜角度が４５度の面では基準光軸と平行方向
へ、４２度の面では基準光軸に接近する方向へ、入射光
の光路は変更される。

【００１３】尚、光源４はランプ４１と反射鏡４２によ
り構成され、ランプ４１から出射される光は、反射鏡４
２により所定の面積のビームとされてＰＢＳ１へ照射さ
れる。

【００１４】上記の構成の偏光変換光学系において、光
源４からこの光学系の基準光軸にビームの中心が概略合
わせられたビームが出射され、ＰＢＳ１へ照射される。
ＰＢＳ１は偏光分離面において、入射されたビームの
内、ｐ偏光光を透過させｓ偏光光を反射する。ビームス
プリッタで反射されたｓ偏光光は、非球面反射ミラー２
へ入射され、非球面反射ミラー２の内側では基準光軸と
平行に、また、非球面反射ミラー２の外側になるほど基
準光軸に対する傾斜角度が大きく、その光路を変更され
る。非球面反射ミラー２で反射されたｓ偏光光は、位相
基板３で進相，遅相処理がされ、ｐ偏光光へ変換され
る。

【００１５】上記の手順中の非球面反射ミラー２の光路
変更においては、非球面反射ミラー２の内側では反射光
が基準光軸と平行になるように、また、非球面ミラーの
外側になるほど反射光がＰＢＳ１側に近づいて傾斜する
ように光路を変更するため、反射光が偏光ビームスプリ
ッタ１へ衝突することがなく、位相差板３へ入射され
る。よって、光源４から照射されるビームは、光路に障
害を受けることが無く、一つの偏光光に統一されて出射
される。

【００１６】非球面反射ミラー２において反射面の傾斜
角度の構成は、ＰＢＳ１の形状と偏光変換光学系から出
射するビームの集光度に基づいて決められる。つまり、
これらのＰＢＳ１の形状がビームとの衝突を避け得る範
囲、集光度が液晶パネルの照射面の位置および大きさと
光量分布とにそれぞれ関連し、投射型液晶表示装置によ
り投射される映像の輝度・画質等が最良となる形状が選
択される。

【００１７】上記の実施例によれば、光源から照射され
る全ビームが液晶パネル５の表示画像の投射に用いら
れ、投射映像の輝度を向上させる。この光学系により偏
光方向を揃えた光線をより有効的に使用することが可能
となり、上記実施例を採用することで投射型液晶表示装
置の輝度を約３０％向上させることが可能となった。

【００１８】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるが本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実
施可能である。例えば、この光軸に対する反射ミラーの
反射面の角度ｂは、光源の特性および要求する映像の光
量分布等により検討されるものであり、本実施例に関わ
らず設定が可能である。また、非球面反射ミラー２とし
て、反射面の角度が基準光軸に対して４５度〜４２度ま
で連続的に変化するミラーを用いたが、それ以外に反射
面が内側で４５度、外側で４２度となるように複数の反
射面を組み合わせて構成しても良い。更に、実施例で
は、偏光変換光学系から出射される光をｐ偏光とした
が、この実施例に限定され無い。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
投射型液晶表示装置の偏光変換光学系は、少なくとも互
いに直交する２つの偏光分離面により構成される偏光ビ
ームスプリッタと、偏光分離面により反射される光の光
路を変える非球面の光束反射手段とを有し、偏光ビーム
スプリッタにより分離される光のビームスプリッタに近
い部分ではビームスプリッタの偏光分離面での透過光に
対し略平行光とし、偏光ビームスプリッタから遠い部分
では透過光に対し集束光とするため、ビームスプリッタ
への入射光の中心部の光は透過光に対し平行光とし、外
周部の光は透過光に対し集束光とすることができる。こ
の分別的光路変更により、ビームスプリッタを光路の障
害とすることなく集束光を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系
の実施例を概念的に表した構成図である。

【図２】本発明の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系
の適用される投射型液晶表示装置の全体構成を説明する
ための構成図である。

【図３】従来の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系の
構成例を概念的に表した図であり、反射光と透過光の光
路が平行になる場合を示している。

【図４】図３の反射光を集束させるために反射ミラーの
角度を変えた場合に発生する弊害を説明する図である。

【符号の説明】

１ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ） ２ 非球面反射ミラー ３ 位相差板 ４ 光源 ４１ ランプ ４２ 反射鏡

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から照射される光束をｐ偏光光およ
   びｓ偏光光に分離し出力する投射型液晶表示装置の偏光
   変換光学系において、該光学系は、 互いに直交する少なくとも２つの偏光分離面により構成
   される偏光ビームスプリッタと、 前記偏光分離面により反射された光の光路を変える非球
   面の光束反射手段とを有し、 前記偏光ビームスプリッタにより分離された反射光が前
   記ビームスプリッタに近い部分では前記ビームスプリッ
   タの偏光分離面での透過光に対し略平行光となり、前記
   偏光ビームスプリッタから遠い部分では前記透過光に対
   し集束光となるように、前記光束反射手段の非球面の形
   状が形成されていることを特徴とする投射型液晶表示装
   置の偏光変換光学系。
2. 【請求項２】 前記非球面の前記偏光分離面に対する角
   度が、略４５度から４２度であることを特徴とする請求
   項１記載の投射型液晶表示装置の偏光変換光学系。