JPH02264904A - Light source for linearly polarized light - Google Patents

Light source for linearly polarized light

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JPH02264904A
JPH02264904A JP8582889A JP8582889A JPH02264904A JP H02264904 A JPH02264904 A JP H02264904A JP 8582889 A JP8582889 A JP 8582889A JP 8582889 A JP8582889 A JP 8582889A JP H02264904 A JPH02264904 A JP H02264904A
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JP
Japan
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light
light source
beam splitter
linearly polarized
polarized light
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Application number
JP8582889A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Imai
雅雄 今井
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

PURPOSE:To obtain the light source for linearly polarized light which efficiently generates linearly polarized light by disposing a wavelength plate between the light source and a polarized beam splitter and making either one of the two luminous fluxes separated by the polarized beam splitter to a reflecting mirror. CONSTITUTION:The polarized beam splitter 34 has a slope 35 and light-emitting faces 37, 38 and separates the incident luminous flux from a light source 31 side to the two luminous fluxes having the polarization directions intersecting orthogonally with each other. A quarter-wave plate 33 is provided between the polarized beam splitter 34 and the light source 31 side. The luminous flux which is emitted from the light source 31 side and transmits the quarter-wave plate 33 and the slope 33 of the beam splitter 34 is emitted as it is as exit light from the emitting face 38. On the other hand, the luminous flux separated by the beam splitter 34 is reflected by a luminous flux reflecting element 36 via the emitting face 37, is reflected again by the slope 35 to the light source 31 side and is made incident to the reflection mirror 32 via the quarter-wave plate 33. The reflected luminous flux thereof traces again the optical path toward the quarter-wave plate 33 side.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直線偏光光源に関し、特に効率良く直線偏光
光を発生することが可能な直線偏光光源に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a linearly polarized light source, and particularly to a linearly polarized light source that can efficiently generate linearly polarized light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

偏光光を使用する機器その他の装置には、直線偏光光を
利用するものがある。直線偏光光を利用する装置の一例
は、後述でも触れるように、TN(ツィステッド・ネマ
チンク)液晶を用いた投射型液晶表示装置である。
Some devices and other devices that use polarized light utilize linearly polarized light. An example of a device that uses linearly polarized light is a projection type liquid crystal display device that uses twisted nematic (TN) liquid crystal, as will be mentioned later.

従来、そのような装置において、光源としてハロゲンラ
ンプやキセノンランプ等を使用する場合、ハロゲンラン
プやキセノンランプ等の光源から発°生ずる光は不定偏
光光であり、従って、直線偏光光を得るには、光源から
の不定偏光光を、偏光板や複屈折性のある結晶を透過さ
せたり、境界面で反射させたりすることによって、直線
偏光光を選択する素子が用いられている。
Conventionally, when using a halogen lamp, xenon lamp, etc. as a light source in such a device, the light emitted from the light source such as a halogen lamp or xenon lamp is undefined polarized light, so it is difficult to obtain linearly polarized light. , an element is used that selects linearly polarized light by transmitting undefined polarized light from a light source through a polarizing plate or a birefringent crystal, or by reflecting it at a boundary surface.

一例として、このような素子としては、ポリビニルアル
コール等に沃素等を配向させて吸着させることにより偏
光膜を作製し、両面に保護のためプラスチックシートや
ガラス板等を接着した構造のシート・ポラライザや、複
屈折性のある結晶中の常光線と異常光線の光の進光方向
の違いから直線偏光光を取り出すニコルプリズム、ロー
ションプリズム等が用いられている。また、二つの直角
プリズムの一方の斜面に半透膜をコートして斜面同士を
接合し、透過光と反射光とを互いに偏光方向が直交する
直線偏光光として取り出す偏光ビームスプリッタも用い
られている。
As an example, such an element may be a sheet polarizer, which has a structure in which a polarizing film is created by aligning and adsorbing iodine, etc. to polyvinyl alcohol, etc., and a plastic sheet, glass plate, etc. is adhered to both sides for protection. , Nicol prisms, Rochon prisms, etc. are used that extract linearly polarized light from the difference in the propagation directions of ordinary and extraordinary rays in a birefringent crystal. In addition, a polarizing beam splitter is also used in which a semi-transparent film is coated on one slope of two right-angle prisms to join the slopes, and the transmitted light and reflected light are extracted as linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、従来のシート・ポラライザや偏光ビームスプリ
ッタ等の偏光素子を単独で用いる場合、不用な偏光成分
の光を吸収、あるいは反射してしまうため、光源からの
光束の光利用効率は50%以下と低くならざるを得なか
ったので、光の損失が大きいという問題がある。
However, when using a conventional polarizing element such as a sheet polarizer or a polarizing beam splitter alone, the light utilization efficiency of the light flux from the light source is less than 50% because unnecessary polarized light components are absorbed or reflected. Since it had to be made low, there is a problem that there is a large loss of light.

この問題は、例えば使用装置が投射型液晶表示装置の場
合には、所要の明るさの投射画面を確保しようとすると
きには、その光源としてより輝度の高いものの使用を要
求することとなる。
For example, when the device used is a projection type liquid crystal display device, in order to secure a projection screen with the required brightness, it is necessary to use a light source with higher brightness.

すなわち、既述したように、直線偏光光を利用する装置
の一例として、TN(ツィステッド・ネマチック)液晶
を用いた液晶表示素子を投射レンズでスクリーン面に拡
大投影する投射型液晶表示装置があるが、そのように拡
大投影する場合に、液晶表示撫子の光の人出射面にそれ
ぞれシート・ポラライザから成る偏光板を配置する構成
を採用したときに、光源からの光束の透過率は偏光板だ
けでも40%以下になってしまう。さらに、液晶表示素
子は、液晶等の吸収、境界面での反射、開口率、カラー
フィルタにより吸収等の影響があり、素子全体の透過率
は数%とかなり低い値にならざるを得なかった。このた
め、明るい投射画面を得るためには、光源に輝度の高い
ものを使用しなくてはならない。
That is, as mentioned above, as an example of a device that uses linearly polarized light, there is a projection type liquid crystal display device in which a liquid crystal display element using TN (twisted nematic) liquid crystal is enlarged and projected onto a screen surface using a projection lens. In such an enlarged projection, if a configuration is adopted in which a polarizing plate consisting of a sheet polarizer is placed on each of the light exit surfaces of the liquid crystal display, the transmittance of the light beam from the light source can be increased by just the polarizing plate. It becomes less than 40%. Furthermore, liquid crystal display elements are affected by absorption by the liquid crystal, reflection at interfaces, aperture ratio, and color filters, so the overall transmittance of the element has to be quite low, at a few percent. . Therefore, in order to obtain a bright projection screen, it is necessary to use a light source with high brightness.

輝度の高い光源が要求されれば、従来のようにして直線
偏光光を得る場合における効率が低いという問題は、そ
れに留まらず、使用装置での消費電力が大きくなること
、発熱による温度上昇や偏光板の劣化が生じる等へまで
波及することになる。
If a high-brightness light source is required, the problem of low efficiency when obtaining linearly polarized light in the conventional way will not only increase, but also increase the power consumption of the equipment used, increase the temperature due to heat generation, and increase the polarization. This can even lead to deterioration of the board.

本発明の目的は、効率良く直線偏光光を発生することの
できる直線偏光光源を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a linearly polarized light source that can efficiently generate linearly polarized light.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の直線偏光光源は、 反射鏡を有する光源と、 光源からの光束を互いに偏光方向が直交する二つの光束
に分離する偏光ビームスプリッタと、光源と偏光ビーム
スプリッタの間に配置した少なくとも一枚以上の波長板
と、 前記二つの光束のどちらか一方の光束を前記反射鏡に入
射させるべ(反射する光束反射素子とを有することを特
徴としている。
The linearly polarized light source of the present invention includes: a light source having a reflecting mirror; a polarizing beam splitter that separates a light beam from the light source into two light beams whose polarization directions are perpendicular to each other; and at least one light beam disposed between the light source and the polarizing beam splitter. It is characterized by comprising the above-mentioned wavelength plate, and a light beam reflecting element that causes one of the two light beams to be incident on the reflecting mirror.

〔作用〕[Effect]

偏光ビームスプリッタで光源からの光束を互いに偏光方
向が直交する二つの光束に分離するようにすると共に、
光源と偏光ビームスプリンタ間に少なくとも一枚以上の
波長板を設け、かつ、どちらか一方、の光束を光束反射
素子により反射させて光源側の反射鏡に入射させるよう
にすると、光源からの放射光は、反射鏡と光束反射素子
間を反射する光束についても特定の偏光成分のものが出
射側へ透過し、はとんどの光が特定の偏光方向にそろっ
た直線偏光光として偏光ビームスプリッタから出射し、
効率良く直線偏光光を発生する直線偏光光源を実現する
ことが可能になる。
A polarizing beam splitter separates the light beam from the light source into two light beams whose polarization directions are perpendicular to each other, and
If at least one wavelength plate is provided between the light source and the polarized beam splinter, and the light beam from either side is reflected by a light beam reflecting element and incident on the reflector on the light source side, the emitted light from the light source can be In the case of the light beam reflected between the reflector and the light beam reflecting element, a specific polarization component is transmitted to the output side, and most of the light is emitted from the polarizing beam splitter as linearly polarized light aligned in a specific polarization direction. death,
It becomes possible to realize a linearly polarized light source that efficiently generates linearly polarized light.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の第1の実施例を示す直線偏光光源の
平面図である。第1図に示すように、本実施例の直線偏
光光源は、光源31と、反射鏡32、波長板としての1
/4波長板33と、偏光ビームスプリッタ34と、光束
反射素子36とから構成される。
FIG. 1 is a plan view of a linearly polarized light source showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the linearly polarized light source of this embodiment includes a light source 31, a reflecting mirror 32, and a wavelength plate.
It is composed of a /4 wavelength plate 33, a polarizing beam splitter 34, and a light beam reflecting element 36.

光源31は、図示のように反射鏡32を有しており、こ
れらにより光源部が構成される。
The light source 31 has a reflecting mirror 32 as shown in the figure, and these constitute a light source section.

偏光ビームスプリッタ34は、斜面35と出射面373
8とを有し、光源31側からの入射光束を互いに偏光方
向が直交する二つの光束に分離する偏光ビームスプリッ
タである。光源31側からの入射光束としては、光源3
1からの直接のものの他、反射鏡32で反射されたもの
も含まれる。
The polarizing beam splitter 34 has a slope 35 and an output surface 373.
8, which is a polarizing beam splitter that separates the incident light beam from the light source 31 side into two light beams whose polarization directions are orthogonal to each other. As for the incident light flux from the light source 31 side, the light source 3
In addition to the direct light from 1, the light reflected by the reflecting mirror 32 is also included.

1/4波長板33は、このような偏光ビームスプリッタ
34と光源側との間に配置されており、本実施例では、
1/4波長板33はその一面を偏光ビームスプリッタ3
4と接着した構成を採っている。1/4波長板33の他
面は人出射面39として上述の光源側と対向している。
The quarter wavelength plate 33 is arranged between such a polarizing beam splitter 34 and the light source side, and in this embodiment,
The quarter wavelength plate 33 has one side connected to the polarizing beam splitter 3.
4 and has a glued configuration. The other surface of the quarter-wave plate 33 serves as a person exit surface 39 and faces the above-mentioned light source side.

光束反射素子36は、上述の二つの光束のどちらか一方
の光束を反射鏡32に入射するように反射するのに用い
られる。本実施例では、偏光ビームスプリッタ34の斜
面35で反射されることによって分離される一方の光束
の出射面、図示の場合は出射面37側に対し、後述もす
るように、例えばアルミニウムを蒸着することにより光
束反射素子を設ける構成としである。
The light flux reflecting element 36 is used to reflect one of the above-mentioned two light fluxes so that it is incident on the reflecting mirror 32. In this embodiment, as will be described later, for example, aluminum is vapor-deposited on the exit surface of one of the light beams that is reflected and separated by the slope 35 of the polarizing beam splitter 34, on the exit surface 37 side in the illustrated case. In this case, a light beam reflecting element is provided.

上記構成から成る直線偏光光源としての出射光は、偏光
ビームスプリッタ34の出射面38側から取り出される
。すなわち、光源側からの光束で、1/4波長板33を
介し、かつ偏光ビームスプリッタ34の斜面35を透過
するものは、そのまま出射光として出射面38から出射
し、他方、偏光ビームスプリッタ34で分離されて出射
面37に向かう光束は、光束反射素子36で、−旦、反
射されて再度斜面35で光源側に向かうように反射され
、1/4波長板33を介して反射鏡32に入射せしめら
れ、その反射鏡32での反射光束が再び1/4波長板3
3側へ向かう光路をとれるようになされている。
Emitted light from the linearly polarized light source having the above configuration is extracted from the output surface 38 side of the polarization beam splitter 34. That is, the light flux from the light source side that passes through the quarter-wave plate 33 and the slope 35 of the polarizing beam splitter 34 is emitted as output light from the output surface 38, while the other part is transmitted through the polarizing beam splitter 34. The separated luminous flux heading toward the output surface 37 is first reflected by the luminous flux reflecting element 36 and then reflected again by the slope 35 toward the light source, and enters the reflecting mirror 32 via the 1/4 wavelength plate 33. The light beam reflected by the reflecting mirror 32 is reflected again by the quarter-wave plate 3.
It is designed so that the light path toward the third side can be taken.

本実施例の直線偏光光源は、上述のような反射鏡32を
有する光源31と、光源31からの光束を互いに偏光方
向が直交する二つの光束に分離する偏光ビームスプリッ
タ34と、光源31と偏光ビームスプリッタ34の間に
配置した少なくとも一枚以上の波長板としての1/4波
長板33と、前記二つの光束のどちらか一方の光束を反
射鏡32に入射するように反射する光束反射素子36と
から構成されている。
The linearly polarized light source of this embodiment includes a light source 31 having a reflecting mirror 32 as described above, a polarizing beam splitter 34 that separates the light beam from the light source 31 into two light beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and a polarizing beam splitter 34 that separates the light beam from the light source 31 into two beams whose polarization directions are orthogonal to each other. A quarter-wave plate 33 serving as at least one wavelength plate disposed between the beam splitter 34 and a light beam reflecting element 36 that reflects one of the two light beams so that it is incident on the reflecting mirror 32. It is composed of.

第1図に示した構成の直線偏光光源及び後述する他の実
施例に係るものを含めて、本発明に従う直線偏光光源は
、次のような原理に基づくものである。
The linearly polarized light source according to the present invention, including the linearly polarized light source having the configuration shown in FIG. 1 and other embodiments described later, is based on the following principle.

これを、出射光としてp偏光の直線偏光光を出射させる
場合の原理を示す第2図を用いて説明するに、第2図に
おいて、光源1から放射される光は不定偏光光であり、
光源1から直接、あるいは反射鏡2で反射された後、出
射光束となる。今、説明を節単にするため、成る一つの
放射光10の光路に着目するものとし、以下、その光路
を用いて原理説明を行う。
This will be explained using FIG. 2, which shows the principle of emitting p-polarized linearly polarized light as emitted light. In FIG. 2, the light emitted from the light source 1 is undefined polarized light,
It becomes an emitted light beam directly from the light source 1 or after being reflected by the reflecting mirror 2. Now, in order to simplify the explanation, we will focus on the optical path of a single emitted light 10, and the principle will be explained below using that optical path.

まず、放射光10は波長板3を透過するが、放射光10
が不定偏光光であるため、その透過光11も不定偏光光
のままである。
First, the synchrotron radiation 10 passes through the wavelength plate 3, but the synchrotron radiation 10
Since this is undefined polarized light, the transmitted light 11 also remains undefined polarized light.

次いで、透過光11は、偏光ビームスプリッタ4に入射
し、入射した入射光12は偏光ビームスプリッタ4の斜
面5において、互いに偏光方向が直交する二つの直線偏
光光として透過光13と反射光15とに分離される。
Next, the transmitted light 11 enters the polarizing beam splitter 4, and the incident light 12 is split into two linearly polarized lights, a transmitted light 13 and a reflected light 15, whose polarization directions are orthogonal to each other on the slope 5 of the polarized beam splitter 4. separated into

ここで、透過光13はp偏光の直線偏光光、反射光15
はS偏光の直線偏光光であり、その強度比は約1対1で
ある。このうち、透過光13は偏光ビームスプリッタ4
からp偏光の直線偏光である出射光14としてそのまま
出射する。
Here, the transmitted light 13 is p-polarized linearly polarized light, and the reflected light 15
is S-polarized linearly polarized light, and the intensity ratio thereof is approximately 1:1. Of these, the transmitted light 13 is transmitted through the polarizing beam splitter 4
The output light 14, which is linearly polarized p-polarized light, is emitted as is.

一方、反射光15については、これは光束反射素子6に
入射し、入射光16は同じ偏光状態で正反射される。こ
のようにして得られた反射光17は、再び偏光ビームス
プリッタ4に入射するが、入射光18は、前述の反射光
15と同様、S偏光の直線偏光であるため斜面5におい
て全反射される。この反射光19は偏光ビームスプリッ
タ4を出射し、波長板3に入射する。
On the other hand, the reflected light 15 enters the light flux reflecting element 6, and the incident light 16 is specularly reflected in the same polarization state. The reflected light 17 obtained in this way enters the polarizing beam splitter 4 again, but the incident light 18 is totally reflected at the slope 5 because it is S-polarized linearly polarized light like the reflected light 15 described above. . This reflected light 19 exits the polarizing beam splitter 4 and enters the wave plate 3.

ここで、波長板3が、実施例のように1/4波長板の場
合、直線偏光である入射光20が入射すると、その透過
光21は円偏光になる。ただし、入射光20の偏光方向
と波長板3の光学的異方軸との成す角が45度になるよ
うに波長板を配置する必要がある。
Here, when the wavelength plate 3 is a quarter-wave plate as in the embodiment, when the incident light 20 which is linearly polarized light enters, the transmitted light 21 becomes circularly polarized light. However, it is necessary to arrange the wave plate so that the angle between the polarization direction of the incident light 20 and the optical anisotropic axis of the wave plate 3 is 45 degrees.

さて、このようにして偏光ビームスプリッタ4側から波
長板3に入射し透過した透過光21は光源側へ向かうこ
ととなる。光源1は反射鏡2を有しているので、この場
合は、反射鏡2に入射し、その入射光22は反射鏡2で
反射され、これによって反射光23が得られることとな
る。この反射光23は、再び、波長板3に入射するが、
入射光24は円偏光であるため、その透過光25は直線
偏光となる。
Now, the transmitted light 21 that is incident on the wavelength plate 3 from the polarizing beam splitter 4 side and transmitted therethrough heads toward the light source side. Since the light source 1 has a reflecting mirror 2, in this case, the incident light 22 enters the reflecting mirror 2 and is reflected by the reflecting mirror 2, thereby obtaining reflected light 23. This reflected light 23 enters the wave plate 3 again, but
Since the incident light 24 is circularly polarized, the transmitted light 25 is linearly polarized.

しかも、このように直線偏光に変換されるのみならず、
その偏光方向も偏光ビームスプリッタ4に対してp偏光
として作用するものとなる。
Moreover, not only is it converted into linearly polarized light in this way,
The polarization direction also acts as p-polarized light with respect to the polarization beam splitter 4.

すなわち、ここで、既述のようにして、光束反射素子6
での反射、反射鏡2での反射によって再び光源側から偏
光ビームスプリッタ4へ入射せしめられる透過光25に
ついて考えてみるに、透過光25は、前述の入射光20
が波長板3を2回透過したことになり、透過光25の偏
光方向はその入射光20の偏光方向とは直交する方向に
なっている。
That is, here, as described above, the light beam reflecting element 6
Considering the transmitted light 25 that is reflected by the light source and reflected by the reflecting mirror 2 and then enters the polarizing beam splitter 4 from the light source side, the transmitted light 25 is the same as the incident light 20 described above.
has passed through the wave plate 3 twice, and the polarization direction of the transmitted light 25 is perpendicular to the polarization direction of the incident light 20.

入射光20については、S偏光の直線偏光光である反射
光15に基づくものであり、従って入射光20は偏光ビ
ームスプリンタ4に対してS偏光であったので、上述の
ようにして得られる透過光25は偏光ビームスプリッタ
4に対してp偏光として作用することとなる。従って、
二度目の入射光26はp偏光であるため、先の入射光1
2の場合の透過光13の成分と同じように、偏光ビーム
スプリンタ4の斜面5をそのまま透過し、出射光27と
なる。
The incident light 20 is based on the reflected light 15 which is S-polarized linearly polarized light, and therefore, since the incident light 20 was S-polarized with respect to the polarized beam splinter 4, the transmission obtained as described above is The light 25 acts on the polarization beam splitter 4 as p-polarized light. Therefore,
Since the second incident light 26 is p-polarized light, the previous incident light 1
Similar to the component of the transmitted light 13 in case 2, the light passes through the slope 5 of the polarized beam splinter 4 as it is and becomes the emitted light 27.

結果として、第2図で着目した成る一つの放射光10は
、前述の出射光14と上記出射光27の、共にP偏光の
直線偏光光、すなわち偏光方向のそろった直線偏光光と
して、偏光ビームスプリッタ4から出射することになる
As a result, the single emitted light 10 focused on in FIG. 2 is a polarized beam in which the above-mentioned emitted light 14 and the above-mentioned emitted light 27 are both linearly polarized light of P polarization, that is, linearly polarized light with the same polarization direction. The light will be emitted from the splitter 4.

以上は、放射光10以外の光路の光に対しても同様であ
り、光源1からの放射光は、以上の過程により、はとん
どの光が特定の偏光方向にそろった直線偏光光として偏
光ビームスプリッタ4がら出射するので、本発明の構成
に従えば効率良く直線偏光光を発生する直線偏光光源を
得ることが可能になる。
The above is the same for light on optical paths other than the synchrotron radiation 10, and through the above process, the synchrotron radiation from the light source 1 is polarized as linearly polarized light with most of the light aligned in a specific polarization direction. Since the light is emitted from the beam splitter 4, according to the configuration of the present invention, it is possible to obtain a linearly polarized light source that efficiently generates linearly polarized light.

上記では、波長板3を1/4波長板として説明したが、
これは必ずしも1/4波長板である必要はなく、その場
合、透過光25は楕円偏光になり、反射鏡2と光束反射
素子6との間を繰り返し反射する過程で、偏光ビームス
プリッタ4の斜面5においてp偏光成分のみが透過し、
このときも、最終的には光源1からの放射光は、はとん
どの光が偏光ビームスプリッタ4からP偏光の直線偏光
光として出射する。
In the above, the wavelength plate 3 was explained as a 1/4 wavelength plate, but
This does not necessarily have to be a 1/4 wavelength plate; in that case, the transmitted light 25 becomes elliptically polarized light, and in the process of being repeatedly reflected between the reflecting mirror 2 and the light beam reflecting element 6, the transmitted light 25 becomes elliptically polarized light. 5, only the p-polarized light component is transmitted,
At this time as well, most of the light emitted from the light source 1 is finally emitted from the polarization beam splitter 4 as P-polarized linearly polarized light.

このように、使用波長板としては1/4波長板でなくて
もよいが、より高効率を得ようとするときは、1/4波
長板を用いることによって、−層の効率向上が図れる。
As described above, the wavelength plate used does not need to be a quarter-wave plate, but when higher efficiency is to be obtained, the efficiency of the negative layer can be improved by using a quarter-wave plate.

すなわち、上記のような反射鏡と光束反射素子間での繰
り返し反射する回数が多いと、素子での吸収による損失
が大きくなり効率は低下することから、これに起因する
効率の低下をもなくそうとするときには、波長板として
は1/4波長板を使用するのが望ましい。
In other words, if there are many repeated reflections between the reflecting mirror and the light beam reflecting element as described above, the loss due to absorption in the element will increase and the efficiency will decrease, so it is necessary to eliminate the decrease in efficiency caused by this. In this case, it is desirable to use a quarter wavelength plate as the wavelength plate.

第1図に示した構成は、1/4波長板を用いる場合の態
様の一例を示したものであり、以下、これについて更に
具体的に説明する。
The configuration shown in FIG. 1 shows an example of a mode in which a quarter wavelength plate is used, and this will be explained in more detail below.

第1図において、光源31は不定偏光光を放射する光源
であり、光源31からの直接の出射光束、あるいは反射
鏡32で反射された出射光束が、偏光ビームスブ、リッ
タ34.1/4波長板33及び光束反射素子36から成
る素子部へ与えられる。
In FIG. 1, a light source 31 is a light source that emits undefined polarized light, and a direct emitted light beam from the light source 31 or an emitted light beam reflected by a reflecting mirror 32 is used as a polarized beam sub, a 34.1/4 wave plate 33 and a light beam reflecting element 36.

ここで、上記4成において使用した光源31、偏光ビー
ムスプリッタ34.1/4波長板33並びに光束反射素
子36は、それぞれ具体的には次のようなものである。
Here, the light source 31, polarizing beam splitter 34, 1/4 wavelength plate 33, and light beam reflecting element 36 used in the above four components are specifically as follows.

すなわち、光源31としては、輝度の高い白色光源とし
てキセノンランプを用いた。なお、図には明示していな
いが、電源を必要とする。また、キセノンランプ以外に
、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の光源も用
いることが可能である。
That is, as the light source 31, a xenon lamp was used as a white light source with high brightness. Although not clearly shown in the diagram, a power source is required. Furthermore, in addition to the xenon lamp, a light source such as a halogen lamp or a metal halide lamp can also be used.

また、1/4波長板33は、直線偏光を円偏光に、また
は円偏光を直線偏光に変換する作用を持つもので、特に
、可視光領域の波長範囲で有効に作、用するように、ポ
リビニルアルコールフィルムを延伸し、所望の複屈折性
を持たせ、保護ガラスで挟んだものを使用した。1/4
波長板としては、この他に、複屈折のある光学結晶や、
配向処理を施した2枚のガラス基板で液晶を挟んだ構造
のものも、1/4波長板として用いることができる。
Further, the quarter-wave plate 33 has the function of converting linearly polarized light into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light, and is particularly effective in the wavelength range of the visible light region. A polyvinyl alcohol film was stretched to have the desired birefringence and sandwiched between protective glasses. 1/4
Other wavelength plates include optical crystals with birefringence,
A structure in which a liquid crystal is sandwiched between two glass substrates subjected to alignment treatment can also be used as a quarter-wave plate.

更に、偏光ビームスプリッタ344こついては、これは
、二つの直角プリズムの一方の斜面35に金属膜や誘電
体多層膜等からなる半透膜をコートして斜面同士を接合
したものであって、特に、可視光領域の波長の光に対し
て、有効に、互いに直交する偏光成分であるp偏光とS
偏光の二つの直線偏光光に分離できるものを用いた。そ
の消光比、すなわち透過光のp偏光成分とS偏光成分の
光の強変化は100対1であった。
Furthermore, regarding the polarizing beam splitter 344, it is made by coating one of the slopes 35 of two right-angle prisms with a semi-transparent film made of a metal film, dielectric multilayer film, etc., and joining the slopes together. , for light with wavelengths in the visible light range, p-polarized light and S
We used polarized light that can be separated into two linearly polarized lights. The extinction ratio, that is, the strong change in the p-polarized light component and the s-polarized light component of the transmitted light, was 100:1.

また、光束反射素子36としては、偏光ビームスプリン
タ34の斜面35で反射されるS偏光光の出射面37に
アルミニウムを蒸着することにより製作したものを用い
ている。また、1/4波長板33は、その光学的異方軸
と、偏光ビームスプリッタ34で分離されるS偏光、P
偏光の偏光方向との成す角が45度になるように配置し
ており、かつ、既述の如(、接着により一体化して用い
ている。
The light flux reflecting element 36 is manufactured by depositing aluminum on the output surface 37 of the S-polarized light reflected by the slope 35 of the polarized beam splinter 34. Further, the quarter-wave plate 33 has its optical anisotropic axis and the S-polarized light and the P-polarized light separated by the polarization beam splitter 34.
They are arranged so that the angle formed with the polarization direction of the polarized light is 45 degrees, and are integrated by adhesive as described above.

すなわち、実施例では、さらに、素子の人出射面での反
射を少な(するために、1/4波長板33と偏光ビーム
スプリッタ34は屈折率の整合をとって接着し、1/4
波長板33の光の人出射面39と偏光ビームスプリンタ
34の出射面38には、誘電体多層膜から成る無反射コ
ートを施しである。
That is, in the embodiment, in order to further reduce reflection at the light exit surface of the element, the 1/4 wavelength plate 33 and the polarizing beam splitter 34 are bonded together with their refractive indexes matched;
The light output surface 39 of the wavelength plate 33 and the output surface 38 of the polarized beam splinter 34 are coated with a non-reflection coating made of a dielectric multilayer film.

さて、第1図の直線偏光光源において、今、光源31に
対する電源投入が行われたとすると、前記原理説明で述
べたように、光源31から直接、あるいは反射鏡32で
反射された出射光束のうち、1/4波長板33と偏光ビ
ームスプリンタ34の斜面35を透過したP偏光光は、
出射面38から出射し、一方、偏光ビームスプリッタ3
4の斜面35で反射されたS偏光光については、光束反
射素子36、斜面35.1/4波長板33、反射m32
.1/4波長板33〕光路をとることにより、偏光方向
が90度回転し、P偏光光となり、斜面35を透過し、
出射面38から出射される。従って、光源31からの放
射光は、はとんどが偏光ビームスプリッタ34の出射面
38からP偏光の直線偏光光として出射する。以上の過
程において、光の損失は、素子の端面反射や媒質の吸収
のみのわずかな量である。
Now, in the linearly polarized light source shown in FIG. 1, if power is turned on to the light source 31, as described in the explanation of the principle above, the outgoing light beam directly from the light source 31 or reflected by the reflecting mirror 32 will be , the P-polarized light transmitted through the quarter-wave plate 33 and the slope 35 of the polarized beam splinter 34 is
The light is emitted from the light emitting surface 38, while the polarizing beam splitter 3
Regarding the S-polarized light reflected on the slope 35 of No. 4, the light flux reflecting element 36, the slope 35, the 1/4 wavelength plate 33, and the reflection m32
.. 1/4 wavelength plate 33] By taking the optical path, the polarization direction is rotated by 90 degrees, becoming P-polarized light, which passes through the slope 35,
The light is emitted from the emission surface 38. Therefore, most of the light emitted from the light source 31 is emitted from the output surface 38 of the polarization beam splitter 34 as P-polarized linearly polarized light. In the above process, the loss of light is only a small amount due to end face reflection of the element and absorption by the medium.

このように、直線偏光光を得る場合に本発明に従う第1
図の直線偏光光源を用いることにより、効率良く直線偏
光光を得ることが可能である。従来例に比べると、はぼ
効率が2倍であり、これを前述の投射型液晶表示装置に
使用した場合、同じ構成で明るい投射画面を得ることが
可能になり、従って、投射型液晶表示装置に用いるとき
は、装置の消費電力の増大、発熱による悪影響なども避
けられる。
In this way, when obtaining linearly polarized light, the first method according to the present invention
By using the linearly polarized light source shown in the figure, it is possible to efficiently obtain linearly polarized light. Compared to the conventional example, the projection efficiency is twice as high, and when used in the aforementioned projection type liquid crystal display device, it is possible to obtain a bright projection screen with the same configuration, and therefore, the projection type liquid crystal display device When used for this purpose, it is possible to avoid an increase in the power consumption of the device and the adverse effects of heat generation.

なお、本実施例の説明において、光束反射素子36は、
出射面37へのアルミニウムの蒸着によるものとして述
べたが、反射率の高い金属または誘電体多層膜をつけた
増反射ミラーを用いるようにすると、より効果的である
。また、当然、光束反射素子36をp偏光光の出射面3
8に設けると、光#31からの放射光は、はとんどがS
偏光光の出射面37からS偏光の直線偏光光として出射
するので全く同様の効果が得られる。
In addition, in the description of this embodiment, the light flux reflecting element 36 is
Although it has been described that aluminum is vapor-deposited on the output surface 37, it is more effective to use an enhanced reflection mirror coated with a metal or dielectric multilayer film having a high reflectance. Also, naturally, the light flux reflecting element 36 is connected to the output surface 3 of the p-polarized light.
8, the emitted light from light #31 is mostly S
Since the polarized light is emitted from the output surface 37 as S-polarized linearly polarized light, exactly the same effect can be obtained.

第3図は、本発明の第2の実施例を示す直線偏光光源の
平面図である。本実施例においては、第3図に示す如く
、反射鏡42を有する光源41と、偏光ビームスプリッ
タ44と、1/4波長板43と、光束反射素子としての
直角プリズム46とから構成されており、更に、空冷フ
ァン50を備えている。
FIG. 3 is a plan view of a linearly polarized light source showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 3, it is composed of a light source 41 having a reflecting mirror 42, a polarizing beam splitter 44, a quarter-wave plate 43, and a right-angle prism 46 as a light beam reflecting element. , further includes an air cooling fan 50.

この直線偏光光源では、光源41と偏光ビームスプリッ
タ44は、第1の実施例と同じものを用いた。
In this linearly polarized light source, the same light source 41 and polarized beam splitter 44 as in the first embodiment were used.

直角プリズム46は、上述のように、光束反射素子とし
て用いたものであり、光学ガラス、例えばBK7を研磨
して製作した。この直角プリズム46は、偏光ビームス
プリッタ44の出射面47から入射する光に対し、空気
との境界面において全反射する条件を満たし、入射光束
を折り返し反射することが可能である。また、損失が非
常に小さなものとすることができる。
As described above, the right-angle prism 46 is used as a light beam reflecting element, and is manufactured by polishing optical glass such as BK7. This right-angle prism 46 satisfies the condition that the light incident from the output surface 47 of the polarizing beam splitter 44 is totally reflected at the interface with air, and is capable of returning and reflecting the incident light beam. Moreover, the loss can be made very small.

更に、図示の直角プリズム46と偏光ビームスプリッタ
44は、屈折率の整合をとって貼り合わせたが、この方
法に限らず、偏光ビームスプリッタ44の一方のプリズ
ムを図の形状で一体化して研磨製作することも可能であ
る。
Furthermore, although the illustrated right-angle prism 46 and polarizing beam splitter 44 are bonded together with matching refractive indexes, this method is not limited to this method. It is also possible to do so.

また、光源41の輝度が高い場合には、1/4波長板4
3と偏光ビームスプリッタ44の劣化が生じてくるので
、本実施例では、反射鏡42の反射には可視光のみを反
射するコールドミラーを、また1/4波長板43の入出
射面49には可視光のみを透過するコールドフィルタを
、それぞれ施した。さらにまた、図のように冷却ファン
50を設けるようにして、全体を空冷ファン50で冷却
すると、素子の劣化防止に効果的である。
In addition, when the brightness of the light source 41 is high, the 1/4 wavelength plate 4
3 and deterioration of the polarizing beam splitter 44 will occur, so in this embodiment, a cold mirror that reflects only visible light is used for the reflection of the reflection mirror 42, and a cold mirror that reflects only visible light is used for the reflection of the reflection mirror 42, and a cold mirror is used for the reflection of the 1/4 wavelength plate 43, and a A cold filter that only transmits visible light was applied to each. Furthermore, if a cooling fan 50 is provided as shown in the figure and the entire device is cooled by the air cooling fan 50, it is effective to prevent deterioration of the element.

本実施例の場合も、下記のようにして効率良く直線偏光
光を発生させることができる。すなわち、第3図の構成
においても、第1の実施例と同様に、光源41から直接
、あるいは反射鏡42で反射された出射光束のうち、1
/4波長Fi43と偏光ビームスプリッタ44の斜面4
5を透過したP偏光光は、出射面48から出射し、一方
、偏光ビームスプリッタ44の斜面45で反射されたS
偏光光は、直角プリズム46、斜面45.1/4波長板
43、反射鏡42.1/4波長板43の光路をとること
により、偏光方向が90度回転し、p偏光光となり、斜
面45を透過し、出射面48から出射される。従って、
光源41からの放射光は、はとんどが偏光ビームスプリ
ッタ44の出射面48からp偏光の直線偏光光として出
射することとなり、不定偏光光から効率よく直線偏光光
を得ることができる。
In the case of this embodiment as well, linearly polarized light can be efficiently generated as described below. That is, in the configuration shown in FIG. 3 as well, as in the first embodiment, one of the outgoing light beams directly from the light source 41 or reflected by the reflecting mirror 42
/4 wavelength Fi 43 and slope 4 of polarizing beam splitter 44
The P-polarized light that has passed through the polarization beam splitter 44 is emitted from the exit surface 48, while the S-polarized light that has been reflected by the slope 45 of the polarization beam splitter 44
By taking the optical path of the polarized light through the right-angle prism 46, the slope 45.1/4 wavelength plate 43, and the reflecting mirror 42.1/4 wavelength plate 43, the polarization direction is rotated by 90 degrees and becomes p-polarized light, which becomes the slope 45. , and is emitted from the emission surface 48. Therefore,
Most of the light emitted from the light source 41 is emitted as p-polarized linearly polarized light from the output surface 48 of the polarizing beam splitter 44, so that linearly polarized light can be efficiently obtained from irregularly polarized light.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、効率良く直線偏
光光を発生することが可能な直線偏光光源を得ることが
でき、従来に比し高効率で直線偏光光を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a linearly polarized light source that can efficiently generate linearly polarized light, and it is possible to obtain linearly polarized light with higher efficiency than in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例を示す直線偏光光源の平
面図、 第2図は本発明の原理説明に供する図、第3図は本発明
の第2の実施例を示す直線偏光光源の平面図である。 1、3L IH・・・光源 2、32.42・・・反射鏡 333.43・・・波長板 4、34.44・・・偏光ビームスプリッタ5、35.
45・・・斜面 6、36.46・・・光束反射素子
Fig. 1 is a plan view of a linearly polarized light source showing a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram used to explain the principle of the present invention, and Fig. 3 is a plan view of a linearly polarized light source showing a second embodiment of the invention. FIG. 3 is a plan view of a light source. 1, 3L IH...Light source 2, 32.42...Reflector 333.43...Wave plate 4, 34.44...Polarizing beam splitter 5, 35.
45...Slope 6, 36.46...Light flux reflecting element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)反射鏡を有する光源と、 光源からの光束を互いに偏光方向が直交する二つの光束
に分離する偏光ビームスプリッタと、光源と偏光ビーム
スプリッタの間に配置した少なくとも一枚以上の波長板
と、 前記二つの光束のどちらか一方の光束を前記反射鏡に入
射させるべく反射する光束反射素子とを有することを特
徴とする直線偏光光源。
(1) A light source having a reflecting mirror, a polarizing beam splitter that separates the light beam from the light source into two light beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and at least one or more wavelength plates disposed between the light source and the polarizing beam splitter. A linearly polarized light source comprising: a light flux reflecting element that reflects one of the two light fluxes so as to be incident on the reflecting mirror.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02308106A (en) * 1989-05-23 1990-12-21 Citizen Watch Co Ltd Linear polarizing light source
JPH052150A (en) * 1991-06-24 1993-01-08 Nippon Avionics Co Ltd Polarized light source device
US5491580A (en) * 1992-12-17 1996-02-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High power multilayer stack quarter wave plate

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