JP3319729B2

JP3319729B2 - 偏光光源装置

Info

Publication number: JP3319729B2
Application number: JP34004099A
Authority: JP
Inventors: 英雄小貫; 洋司蔀; 好家松本; 正昭山下
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Lan Technical Service Co Ltd; Yamashita Denso Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Lan Technical Service Co Ltd; Yamashita Denso Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP2001154150A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射鏡及び偏光
解消装置を具えた偏光光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直線偏光は様々な分野において利
用されており、例えば、液晶分子を配向させる配向膜の
偏光露光、及び液晶ライトバルブにより形成した画像を
投射レンズにより拡大投射する投写型液晶表示などに用
いられている。

【０００３】無偏光の光源ランプから直線偏光を取り出
すためには、一般に偏光分離器が用いられる。この取り
出される直線偏光は、光源ランプから偏光分離器に入射
する入射光の一部である。この偏光分離器には、偏光
板、偏光プリズム等がある。しかしながら、いずれの偏
光分離器を用いても、取り出される直線偏光の偏光方向
と直角な方向の偏光成分は利用されず捨てられていたた
め、光源ランプから照射される無偏光の強度に対する偏
光光の強度の割合、すなわち偏光光源装置の効率は低か
った。

【０００４】この問題を解決する方法として、偏光分離
器として用いられる偏光プリズムに加えて、位相子、反
射鏡等で構成された偏光変換素子が最近開発され、液晶
プロジェクター等に用いられている。この方法において
は、偏光プリズムで分離された２種類の直線偏光、すな
わちＳ偏光及びＰ偏光のうち、偏光プリズムを透過した
Ｐ偏光を利用光として取り出すのに加えて、従来捨てら
れていたＳ偏光を利用する構造になっている。すなわ
ち、偏光プリズムで反射されたＳ偏光を位相子である１
／２波長板に入射させることによりＰ偏光に変換させ、
その後反射鏡で反射させて利用光として取り出す。従っ
て、高偏光度のＰ偏光を高効率で得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
偏光変換素子を用いた方法では、偏光変換素子に位相子
を用いているため、波長依存性があった。すなわち、位
相子の厚みを利用波長の光路差が１／２波長になるよう
に調整するため、波長が変化したり、幅の広い波長領域
を持った無偏光の光源ランプからの光に対して、位相子
によりＳ偏光を完全にＰ偏光に変換させることができな
い。従って、高偏光度を保つには、利用波長が限定され
ていた。

【０００６】また、配向膜の偏光露光や投写型液晶表示
等に直線偏光を利用する場合には、偏光光を広い領域に
照射できる方法が望まれる。すなわち、取り出す偏光ビ
ームの照射面積（断面積）を大きくするためには、偏光
プリズムも大きくしなければならない。しかしながら、
上述の偏光プリズムは多層膜を挟んだ構造になっている
ため、小さい物でも高価であり、従って大きい物を作製
しようとすると、さらにコストは急激に増大する。

【０００７】そこで、この発明の目的は、高偏光度を持
つ直線偏光を高効率で取り出せ、しかも、波長依存性が
少なく、かつ、大照射面積の直線偏光を低コストで作り
出すことができる偏光光源装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的の達成を図る
ため、この出願の発明者が鋭意研究・検討を重ねた結
果、偏光分離器での分離光のうち、従来捨てられていた
光を反射鏡により光源に再度戻すと共に、この戻ってく
る光を偏光解消装置で偏光解消すれば良いことを見いだ
した。すなわち、光源と偏光分離器との間に偏光解消装
置を、偏光分離器の後方に反射鏡を配設すればよい。こ
の結果、戻ってきた無偏光光を、光源ランプからの光と
共に、再度偏光分離できると考えた。

【０００９】従って、この発明の偏光光源装置によれ
ば、光源ランプ及びこの光源ランプからの光を反射して
一方向に導く第１の反射鏡を具えた光源と、この光源か
らの光を偏光面がお互いに直交する二種類の直線偏光に
分離する偏光分離器と、この偏光分離器を透過した光を
再び偏光分離器に戻す第２の反射鏡と、光源と偏光分離
器との間の光路中に設けられた偏光解消作用を持つ偏光
解消装置とを具えている。

【００１０】ここで光源ランプからの光を反射して一方
向に導くとは、第１の反射鏡で当該光を反射させること
により、当該光を一方向に進行させることを意味する。
また、一方向とは、進行方向が同一のことを意味する
が、平行光線（実質的に平行光線である場合も含む）で
あるのが好ましい。平行光線であると、入射光全体とし
て偏光分離器で高偏光度の直線偏光が得られるからであ
る。ここで、偏光度とは、取り出す光の強度に対する目
的とする偏光光の強度の割合である。第１の反射鏡は、
このような機能を果たすものであれば形状、材質にとら
われなく、表面形状は曲面であっても、平面であっても
良い。しかしながら、第１の反射鏡のみでは、平行光線
にできない場合、又は他の目的で平行光線としない場合
は、別の何らかの手段（レンズ、集光鏡等）を別に設け
て、平行光線にすることも考えられる。また、光源ラン
プそのものが平行光線を照射するものであるときは、第
１の反射鏡は必要ない。しかしながら、後述する光源に
戻ってきた光を第１の反射鏡で再び反射させる目的のた
め、いずれにせよ必要になる。

【００１１】また、光源ランプは、照射される光の波長
範囲が偏光分離器及び偏光解消装置において吸収されな
い波長範囲であることが望ましい。吸収されると、効率
が低くなってしまうからである。

【００１２】また、偏光分離器は偏光子と同じ意味であ
る。一般に、偏光分離器により分離された光のうち、入
射光の光軸に対してほぼ９０°方向に反射された光は強
くＳ偏光をした直線偏光であり、またこの偏光分離器を
透過した光はＰ偏光成分を多く含んだ直線偏光である。
この発明では、Ｓ偏光を利用光として取り出し、Ｐ偏光
成分を多く含んだ直線偏光（厳密には、Ｐ偏光に近い楕
円偏光と言うべきであるが）を捨てずに、Ｓ偏光に変換
して再利用するものである。従って、まず第１に、反射
された光がなるべくＰ偏光を含まずに、高偏光度のＳ偏
光となる偏光分離器が望ましい。第２に、透過光はＳ偏
光を含んでいても問題ないが、後述の効率のことを考え
ると、透過光もなるべくＳ偏光を含んでいない方が望ま
しい。第３に、反射光及び透過光共に結果的に利用する
ことになるので、偏光分離器内で光が吸収されない構造
であることが望ましい。ここで、反射光（以後、偏光分
離器における反射）とは、入射光が偏光分離器で２つの
光に分離されるとき、光の進行方向が曲げられた方の光
のことを意味する。つまり、偏光分離器内又は表面で物
理的に反射現象が起こること以外に、屈折等による分離
光をも含む。また、透過光（以後、偏光分離器における
透過は同様）とは、入射光が偏光分離器で２つの光に分
離されるとき、光の進行方向が直進に近い光のことを言
う。つまり、偏光分離器中で物理的に透過現象が起こる
こと以外に、屈折等によって進行方向を曲げられた分離
光をも含む。

【００１３】また、第２の反射鏡は、偏光分離器の透過
光と同じ光路を、逆向きで偏光分離器に入射させるよう
な構造であるのが好ましい。第２の反射鏡としては、一
般的には、物理的反射現象を起こさせるものが考えられ
るが、このような機能を持つものであれば形状、構造は
問わなく、例えば光導波路等も含む。

【００１４】偏光解消装置は、直線偏光が入射したと
き、偏光面の異なる様々な直線偏光、円偏光若しくは楕
円偏光、又はこれらの組み合わせによる無偏光に変換す
る装置のことを意味する。ここで無偏光とは、完全な無
偏光以外に、概ね無偏光である光も含む。

【００１５】このような構成にすることにより、光源か
ら照射された光は偏光分離器に入射し、透過光と反射光
とに分離される。ほぼＳ偏光である反射光は利用光とし
て取り出され、また透過光は第２の反射鏡に達する。こ
こまでを第１過程とする。その後、この透過光が第２の
反射鏡により再び偏光分離器に戻されて入射し、透過光
と反射光とに分離される。このうち透過光は偏光解消装
置に入射し、偏光が解消される。この無偏光となった光
は光源に入るが、第１の反射鏡により反射される。ここ
までを第２過程とする。その後、光源から出た無偏光光
は再び第１過程に進行し、前述の光源から照射される光
と同様に偏光分離器で分離され、反射光であるほぼＳ偏
光の直線偏光が利用光として取り出される。この第１過
程及び第２過程が何回か繰り返されるので、偏光分離器
で分離されたＳ偏光である直線偏光の強度が増大する。
従って、高効率の偏光光源装置となりうる。同時に、偏
光度も、従来の偏光分離器のみの構成と同程度の高さが
期待できる。また、この発明では、位相子を用いていな
く、偏光解消装置を用いているので、波長依存性がな
く、偏光分離器及び偏光解消装置自体で吸収が起こる波
長領域以外は、幅広い波長領域にわたって利用できる。
同時に精密性が要求される位相子を用いていないので、
装置全体のコストも安くなる。

【００１６】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、第２の反射鏡により偏光分離器に再び入射してこの
偏光分離器で反射された光を、再び偏光分離器に戻す第
３の反射鏡を具えると良い。

【００１７】また、第３の反射鏡は、偏光分離器での反
射光と同じ光路を、逆向きで偏光分離器に入射させるよ
うな構造であるのが好ましい。第３の反射鏡としては、
第２の反射鏡と同様に、一般的には、物理的反射現象を
起こさせるものが考えられるが、このような機能を持つ
ものであれば形状、構造は問わなく、例えば光導波路等
も含む。

【００１８】このような構成にすることにより、第２過
程において偏光分離器で分離された光のうち、ほぼＳ偏
光である反射光を、再び第３の反射鏡により偏光分離器
に戻すことができる。さらに、その後偏光分離器で分離
された光のうち透過光は、ほぼＳ偏光である利用光とし
て取り出される。また、偏光分離器で分離された光のう
ち反射光は、再び第２の反射鏡に達し、第２過程に進行
する。これらの過程を第３過程とする。尚、再び第２過
程に進行したＳ偏光も、その後第３過程又は第１過程に
進行するので、結果的には利用光として取り出される。
つまり、この第１過程、第２過程及び第３過程が何回か
繰り返されるので、偏光分離器で分離されたＳ偏光であ
る直線偏光の強度がさらに増大する。従って、さらに高
効率の偏光光源装置となりうる。

【００１９】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、偏光分離器を、光源からの光の入射角がブルースタ
ー角になるように配置された平行平面板とすると良い。

【００２０】ここでブルースター角とは、誘電体表面で
反射する光に対し、この光の電気ベクトルが入射面内に
ある光（Ｐ偏光）の反射率が０になる入射角である。ま
た、ブルースター角になるようにとは、理想的には正に
ブルースター角が好ましいが、要求される偏光度によっ
ては、ブルースター角の近傍の角度であっても良いとい
う趣旨である。平行平面板は、偏光光源装置が高効率を
必要とされる場合、少なくとも使用する波長光に対し光
学的に透明かつ等方な媒質からなる平行平面板とするの
が好ましい。

【００２１】このような構成にすることにより、平行平
面板に入射する光のうちＳ偏光成分の一部は平行平面板
で反射され、Ｐ偏光成分及び残りのＳ偏光成分は平行平
面板を透過する。この反射されたＳ偏光は、高偏光度の
直線偏光となっており、これを直線偏光として利用す
る。また、平行平面板が光学的に透明である波長領域に
おいて直線偏光に分離可能なので、波長依存性がない。
さらに、大面積の直線偏光を得るためには、平行平面板
の面積を大きくすればよく、コストもあまりかからな
い。従って、大面積の直線偏光を低コストで作製でき
る。

【００２２】また、この発明の実施に当たり、好ましく
は、偏光解消装置を、光学軸が、偏光面がお互いに直交
する二種類の直線偏光のそれぞれの偏光面に対して約４
５°の角度をなしているくさび型（ウェッジ型）偏光解
消板とすると良い。ここで、偏光面がお互いに直交する
二種類の直線偏光とは、Ｓ偏光面及びＰ偏光面のことを
意味する。

【００２３】くさび型（ウェッジ型）偏光解消板とは、
直線偏光の入射位置に対する解消板中の光路長に差を生
じさせ、その結果、様々な偏光面を持った直線偏光、円
偏光及び楕円偏光に変化させるものである。従って、出
射光は全体としてＳ偏光成分及びＰ偏光成分を半分ずつ
持った無偏光光になっている。

【００２４】このような構成にすることにより、位相板
を用いる必要がなく、従って、波長依存性がないと共
に、コストの安い偏光光源装置となりうる。また、この
発明のように入射光の大部分がＰ偏光成分である偏光光
に対しても、無偏光光に変化させることができるので、
再度偏光分離器で分離させたとき、取り出すことができ
るＳ偏光の光量が大幅に増加する。従って、高効率の偏
光光源装置となりうる。

【００２５】また、この発明の実施に当たり、第１の反
射鏡を楕円面鏡とし、偏光解消装置と偏光分離器との間
に、光源から近い順に、インテグレータ及び凸型レンズ
を配設しても良い。ここでインテグレータとは、光強度
の空間分布を均一にするためのものである。また、凸型
レンズは、広がりを持った光を平行光線にするためのも
のである。

【００２６】このような構成にすることにより、光源か
ら照射された光が楕円面鏡で反射されて収束された後、
インテグレータを通過して広がりを持った光を、凸型レ
ンズで平行光にすることができる。従って、大面積の直
線偏光を容易に得ることができる。また、光源と偏光解
消装置との間に、光の進行方向を変化させる第４の反射
鏡を設けても良い。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。なお、図中、各構成成
分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解で
きる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に
説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

【００２８】［第１の実施の形態］まず、第１の実施の
形態の偏光光源装置の構成について、図１、図２、図３
及び図４を参照して説明する。図１は第１の実施の形態
の偏光光源装置の構成を示す図であり、図２は光源の構
成を示す図であり、図３は平行平面板の構成を示す図で
あり、及び図４はくさび型偏光解消板の構成を示す図で
ある。

【００２９】この偏光光源装置は、図１及び図２に示す
ように、光源ランプ１０及び光源ランプ１０からの光２
４及び２６を反射して一方向に導く第１の反射鏡１２を
具えた光源１４と、光源１４からの光３４を偏光面がお
互いに直交する二種類の直線偏光３８及び４０に分離す
る偏光分離器１６と、偏光分離器１６を透過した光４０
を、反射光すなわち偏光分離器への入射光４２として、
再び偏光分離器１６に戻す第２の反射鏡１８と、光源１
４と偏光分離器１６との間の光路中に設けられた偏光解
消作用を持つ偏光解消装置２０とを具えている。また、
第２の反射鏡１８により偏光分離器１６に再び入射して
反射された光４４を、反射光すなわち偏光分離器への入
射光５８として、再び偏光分離器１６に戻す第３の反射
鏡２２を具えている。

【００３０】光源ランプ１０には、直線偏光として利用
する波長に合わせて、そのような波長の無偏光光を放射
する普通の光源ランプを使用すればよい。例えば、普通
の放電ランプでよいが、この実施の形態では、水銀・キ
セノンランプを用いている。水銀・キセノンランプは、
主に約２５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の波長領域を持っ
た紫外光及び可視光を放射する。第１の反射鏡１２は集
光型反射鏡である放物面鏡としている。従って、図２に
示すように、光源ランプ１０から放射された概ね無偏光
（今後無偏光と記述する）の光２４及び２６が第１の反
射鏡１２で反射されることにより、平行光２８及び３０
になる。この場合、図２に示すように、無偏光光２４及
び２６は反射されて平行光となるが、無偏光光３２は直
接光源１４から出てゆくので、厳密には平行光とはなら
ない。従って、より高効率及び高偏光度の偏光光源装置
にするには、なるべく第１の反射鏡１２で反射される構
造とするのがよい。また、光源ランプ１０から照射され
る光がすでに平行光線である場合には、上述の目的では
第１の反射鏡１２は必要ない。しかし、後述の第２過程
により光源に戻ってきた光を再び第１過程に戻すために
は、構造上不可欠である。

【００３１】偏光分離器１６は、図３に示すように、光
源１４からの光６４の入射角θがブルースター角になる
ように配置された平行平面板６６としてある。平行平面
板６６はシリカガラス（石英ガラス）からなるガラス板
を６枚重ねた構造となっている。ガラス板は、例えば、
１０ｃｍ×１６ｃｍの長方形とし、厚さは約１ｍｍとす
れば良い。シリカガラスは、１６０ｎｍ以上の波長領域
の光に対して透明であり、この透明な波長領域内の光の
入射角θがブルースター角になるよう配置されていれ
ば、反射光６８として完全なＳ偏光を、平行光として取
り出すことができる。また、透過光７０は、Ｓ偏光成分
及びＰ偏光成分を含む。この反射光６８として取り出す
ことができるＳ偏光は、入射光６４のＳ偏光成分のうち
約６０％である。尚、ブルースター角は、透明媒質の材
質及び入射光の波長に依存しており、ブルースター角を
α、透明媒質の屈折率をｎとすると、ｎ＝ｔａｎαの関
係を満たしている。この実施の形態では、シリカガラス
を用いてあるので、波長が約３３０ｎｍの光に対しては
ブルースター角は約５６°である。入射光の波長が変化
すると、同じ透明媒質に対する屈折率が変化する（分散
現象）ので、ブルースター角も変化する。しかし、光源
１４からの光の波長領域に幅がある場合でも、それによ
るブルースター角の変動は小さく、偏光度に対してほと
んど影響はない。また、透明波長領域においては直線偏
光に分離可能であるので、波長依存性もない。さらに、
大面積の直線偏光を得るためには、大面積の平行平面板
が必要になるが、他の偏光分離器と比較してコストが安
い。また、大面積の平行平面板を作製するに当たって、
小面積の平行平面板をつなぎ合わせて作製すれば、さら
にコストが安くなる。

【００３２】第２及び第３の反射鏡１８及び２２として
は、例えば、普通の平面鏡を用いれば良い。

【００３３】偏光解消装置（デポライザー）２０には、
図４（Ａ）に示すようなくさび型偏光解消板７２を用い
ている。くさび型偏光解消板７２は、異方性を持った材
料で構成されており、光学軸７４が、偏光面がお互いに
直交する二種類の直線偏光（Ｓ偏光及びＰ偏光）のそれ
ぞれの偏光面に対して約４５°の角度をなしている。す
なわち、Ｓ偏光及びＰ偏光の偏光方向７６及び７８に対
して約４５°の角度をなしている。従って、直線偏光の
入射方向８０のうち、入射位置に対する解消板中の光路
長８２、８４、８６及び８８に差を生じさせ、その結
果、様々な偏光面を持った直線偏光、円偏光及び楕円偏
光に変化させることができる。従って、出射光は全体と
してＳ偏光成分及びＰ偏光成分を半分ずつ持った無偏光
光になっている。尚、入射光が無偏光光の場合のとき
は、出射光も無偏光光である。また、くさび型偏光解消
板７２内で、屈折することにより、入射光と出射光の光
路にずれが生じるのをさけるには、図４（Ｂ）に示すよ
うに、等方性の材料から成っており、かつ、くさび型偏
光解消板７２と対称的な構造で屈折率がほぼ同じの媒質
９０を接合させた偏光解消装置（デポライザー）２０を
用いればよい。このくさび型偏光解消板７２を用いるこ
とにより、この発明のように入射光の大部分がＰ偏光成
分である偏光光に対しても、無偏光光に変化させること
ができるので、再度偏光分離器で分離させたとき、取り
出すことができるＳ偏光の光量が大幅に増加する。従っ
て、高効率の偏光光源装置となりうる。また、くさび型
偏光解消板７２は構造が簡単で、精密性が要求されない
ので、作製コストも安い。

【００３４】次に、この第１の実施の形態の偏光光源装
置で偏光光が得られる過程を、図１及び図２を参照して
説明する。

【００３５】光源ランプ１０から照射された無偏光の光
２４及び２６は、第１の反射鏡１２により反射されて無
偏光の平行光２８及び３０（図１の３４に相当）とな
る。光源１４から出た無偏光の平行光３４は偏光解消装
置２０を通るが、透過光３６は入射光３４と同じで無偏
光である。この透過光３６は偏光分離器１６に入射し、
約９０°方向への反射光３８及び透過光４０に分離す
る。偏光分離器１６への入射光３６の入射角はブルース
ター角になっているので、反射光３８は一般に１００％
近いＳ偏光が得られる。つまり、入射光３６のＰ偏光成
分は大部分偏光分離器１６を透過する。また入射光３６
のＳ偏光成分の一部も透過する。従って、透過光４０は
Ｓ偏光及びＰ偏光が混在した光となっている。ここまで
を第１過程とする。

【００３６】透過光４０は第２の反射鏡１８により反射
される。この反射された光４２は再度偏光分離器１６に
入射し、反射光４４及び透過光４６に分離する。このと
きも、偏光分離器１６への入射光４２の入射角はブルー
スター角になっているので、反射光４４は１００％近い
Ｓ偏光である。つまり、Ｐ偏光成分は大部分偏光分離器
を透過する。また入射光４２のＳ偏光成分の一部も透過
する。従って、透過光４６はＳ偏光及びＰ偏光が混在し
た光となっているが、Ｓ偏光成分はわずかになってい
る。なぜならば、この実施の形態の平行平面板の分離に
より、上述したように、Ｓ偏光成分の光は６０％が反射
光として取り除かれるので、２回分離した後の透過光４
６には、最初のＳ偏光成分のうちの１０〜２０％しか残
っていないからである。この透過光４６は偏光解消装置
２０を通ることにより無偏光光４８となる。この無偏光
光４８は光源１４の第１の反射鏡１２で反射される。つ
まり、図２に示すように、光源１４に戻ってきた無偏光
光５０及び５２（図１の４８に相当）は第１の反射鏡１
２で反射されて、平行光線である無偏光光５４及び５６
になる。ここまでを第２過程とする。

【００３７】この反射された無偏光光５４及び５６は、
光源１４からの無偏光光３４と共に、再び第１過程に進
む。また、第２過程における反射光４４は１００％近い
Ｓ偏光であるが、第３の反射鏡２２で反射される。この
反射光５８は、再び偏光分離器１６に入射し、一部は透
過してＳ偏光６０として反射光３８と共に利用光として
取り出される。また、反射光６２は再び第２の反射光１
８に向かう。ここまでを第３過程とする。この反射光６
２は再び第２の反射鏡１８で反射され、反射光４２と共
に再び第２過程へ進行する。このように光源を出た光３
４は、第１，第２及び第３過程を繰り返し、利用光３８
および６０であるＳ偏光の光量を増大させる。

【００３８】その結果、偏光解消装置２０、第２及び第
３の反射鏡１８及び２２がない構成と比較して、利用光
３８及び６０の光量は約２倍増大し、波長依存性もほと
んど観測されなかった。また、偏光度も９９％以上であ
った。

【００３９】［第２の実施の形態］次に、第２の実施の
形態の偏光光源装置の構成について、図５を参照して説
明する。図５は、第２の実施の形態の偏光光源装置の構
成を示す図である。

【００４０】第２の実施の形態の偏光光源装置は、第１
の実施の形態の偏光光源装置の構成を改良した実施の形
態であり、第１の反射鏡１２を楕円面鏡とし、さらに、
偏光解消装置２０と偏光分離器１６との間に、光源１４
から近い順に、インテグレータ９２及び凸型レンズ９４
を配設した構造になっている。また、光源１４と偏光解
消装置２０との間に、第４の反射鏡９６を具えている。
その他は、第１の実施の形態の偏光光源装置と同じなの
で、説明を省略する。

【００４１】次に、この第２の実施の形態の偏光光源装
置で偏光光が得られる過程を、図５を参照して説明す
る。

【００４２】光源ランプ１０から照射された光９８は第
１の反射鏡１２で反射し、収束される（第１の反射鏡１
２を楕円面鏡のため）が、第４の反射鏡９６により進行
方向を変える（この第４の反射鏡９６は、第２の実施の
形態に於いては、光源に含まれる赤外線を抑制するの
と、偏光光源装置全体が長くならないために用いられて
いる）。この無偏光光１００は偏光解消装置２０を通る
が、偏光状態・光線方向は入射光１００とほとんど変わ
らない。この偏光解消装置２０を通った光１０２はイン
テグレータ９２を通る。インテグレータ９２を透過した
広がりを持った光１０４は凸型レンズ９４により平行光
１０６に変換される。平行光となった光１０６は偏光分
離器１６により反射光１０８と透過光１１０とに分離さ
れる。反射光１０８は、第１の実施の形態と同様にＳ偏
光の直線偏光であり、利用光として取り出される。透過
光１１０は反射鏡１８に向かう。透過光１１０は、第１
の実施の形態と同様の過程により、第１，第２及び第３
過程を繰り返し、利用光１０８であるＳ偏光の光量を増
大させる。

【００４３】その結果、第１の実施の形態の偏光光源装
置と同様に、偏光解消装置２０、第２及び第３の反射鏡
１８及び２２がない構成と比較して、利用光１０８の光
量は約２倍増大し、波長依存性もほとんど観測されなか
った。また、偏光度も９９％以上であった。また、第２
の実施の形態の偏光光源装置によれば、インテグレータ
９２、凸型レンズ９４を用いた構成になっているので、
大面積の偏光光を容易に得ることができる。尚、この実
施の形態では、第４の反射鏡を用いたが、第４の反射鏡
を用いずに、光源１４から直接偏光解消装置２０に入射
させても良い。

【００４４】第１及び第２の実施の形態の偏光光源装置
を用いることにより、幅広い波長範囲において、大面積
で高偏光度の直線偏光ビームを低コストで得ることがで
きる。従って、液晶分子を配向させる配向膜の偏光露
光、及び液晶ライトバルブにより形成した画像を投射レ
ンズにより拡大投射する投写型液晶表示などに用いて好
適である。

【００４５】尚、本発明の偏光光源装置の構成は上述の
ものに限定されるものではなく、様々な変形例が考えら
れる。

【００４６】例えば、光源ランプ１０としては、単色光
を放射するものであっても良い。

【００４７】また、偏光分離器１６として用いた平行平
面板の材質は、シリカガラス以外に、ＬｉＦ、ＭｇＦ₂
又はＣａＦ₂等の等方性結晶を用いても良い。

【００４８】また、偏光分離器１６には、ニコルプリズ
ム、グラン・トムソンプリズム、ウォラストンプリズム
等の偏光板その他のものを用いても良い。

【００４９】さらに、偏光解消装置２０としては、ポッ
ケルス効果型偏光解消装置、位相子回転型偏光解消装置
を用いても良い。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
偏光光源装置によれば、偏光分離器を透過した光を再び
光源に戻す反射鏡及び偏光解消装置を具えた構成である
ので、高偏光度を持つ直線偏光を高効率で取り出せ、し
かも、波長依存性が少なく、かつ、大照射面積の直線偏
光を低コストで作り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の偏光光源装置の構成を示す
図である。

【図２】光源の構成を示す図である。

【図３】平行平面板の構成を示す図である。

【図４】くさび型偏光解消板の構成を示す図である。

【図５】第２の実施の形態の偏光光源装置の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１０：光源ランプ１２：第１の反射鏡１４：光源１６：偏光分離器１８：第２の反射鏡２０：偏光解消装置２２：第３の反射鏡２４、２６：光源ランプからの光２８、３０：第１の反射鏡で反射された光３２：直接光源から出てゆく光３４：光源からの光３６：偏光分離器への入射光３８：偏光分離器での反射光４０：偏光分離器での透過光４２：偏光分離器への入射光４４：偏光分離器での反射光４６：偏光分離器での透過光４８：偏光解消装置を出射した光５０、５２：光源に戻ってきた光５４、５６：第１の反射鏡で反射された光５８：偏光分離器への入射光６０：偏光分離器での透過光６２：偏光分離器での反射光６４：偏光分離器への入射光６６：平行平面板６８：偏光分離器での反射光７０：偏光分離器での透過光７２：くさび型偏光解消板７４：光学軸７６：Ｓ偏光の偏光方向７８：Ｐ偏光の偏光方向８０：くさび型偏光解消板への入射方向８２、８４、８６、８８：光路長９０：くさび型偏光解消板と対称的な構造の媒質９２：インテグレータ９４：凸型レンズ９６：第４の反射鏡９８：光源ランプからの光１００：第４の反射鏡で反射された光１０２：偏光解消装置を出射した光１０４：インテグレータを出射した光１０６：偏光分離器への入射光１０８：偏光分離器での反射光１１０：偏光分離器での透過光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 599168660 蔀洋司茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内 (74)上記４名の代理人 100085419 弁理士大垣孝 (72)発明者小貫英雄茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者蔀洋司茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術院電子技術総合研究所内 (72)発明者松本好家東京都渋谷区代々木１丁目６番12号ランテクニカルサービス株式会社内 (72)発明者山下正昭東京都日野市南平２丁目10番19号山下電装株式会社内審査官田部元史 (56)参考文献特開平９−293406（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光源ランプ及び当該光源ランプからの光
を反射して一方向に導く第１の反射鏡を具えた光源と、当該光源からの光を偏光面がお互いに直交する二種類の
直線偏光に分離する偏光分離器と、当該偏光分離器を透過した光を再び該偏光分離器に戻す
第２の反射鏡と、該光源と該偏光分離器との間の光路中に設けられた偏光
解消作用を持つ偏光解消装置とを具えたことを特徴とす
る偏光光源装置。
【請求項２】請求項１に記載の偏光光源装置におい
て、前記第２の反射鏡により前記偏光分離器に再び入射して
反射された光を、再び前記偏光分離器に戻す第３の反射
鏡を具えたことを特徴とする偏光光源装置。
【請求項３】請求項１及び２のいずれか一項に記載の
偏光光源装置において、前記偏光分離器を、前記光源からの光の入射角がブルー
スター角になるように配置された平行平面板としたこと
を特徴とする偏光光源装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏
光光源装置において、前記偏光解消装置を、光学軸が前記偏光面がお互いに直
交する二種類の直線偏光のそれぞれの偏光面に対して約
４５°の角度をなしているくさび型（ウェッジ型）偏光
解消板としたことを特徴とする偏光光源装置。