JPH03156421A - 偏光光源装置 - Google Patents
偏光光源装置Info
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- JPH03156421A JPH03156421A JP1294899A JP29489989A JPH03156421A JP H03156421 A JPH03156421 A JP H03156421A JP 1294899 A JP1294899 A JP 1294899A JP 29489989 A JP29489989 A JP 29489989A JP H03156421 A JPH03156421 A JP H03156421A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、ランダムな偏光特性をもった光ビームを直線
偏光に変える偏光光源装置に関する。
偏光に変える偏光光源装置に関する。
[従来の技術]
例えば、液晶プロジェクタ−の光源として、また光源の
映り込みを嫌う照明(ガラス越しの照明や水面を通した
照明等)に直線偏光光源装置が役立つことが知られてい
る。
映り込みを嫌う照明(ガラス越しの照明や水面を通した
照明等)に直線偏光光源装置が役立つことが知られてい
る。
この様な直線偏光光源装置としては、従来ランダムな偏
光特性の光源(例えばハロゲンランプ、キセノンランプ
、メタルハライドランプ等)と偏光板との組合わせが用
いられており、上記光源からの光を偏光板に通すことに
よって直線偏光が作られている。しかして、この際、偏
光板に入射する光のうち透過光の偏光面と垂直な偏光面
を持つ偏光成分がカットされるため、利用できる光量(
透過光量)は光源光の高々50%である。
光特性の光源(例えばハロゲンランプ、キセノンランプ
、メタルハライドランプ等)と偏光板との組合わせが用
いられており、上記光源からの光を偏光板に通すことに
よって直線偏光が作られている。しかして、この際、偏
光板に入射する光のうち透過光の偏光面と垂直な偏光面
を持つ偏光成分がカットされるため、利用できる光量(
透過光量)は光源光の高々50%である。
この様に、偏光板を用いた偏光光源装置では損失が大き
いという問題点がある。
いという問題点がある。
この損失を避ける方法として、先ず光源光を偏光ビーム
スプリッタ−で2つの直線偏光成分に分け、その一方の
偏光面を90°回転させてから他方に合流させる方法が
考えられる。
スプリッタ−で2つの直線偏光成分に分け、その一方の
偏光面を90°回転させてから他方に合流させる方法が
考えられる。
この考えを実現した例として、特開昭63−19791
3号公報、実開昭63−187101号公報、特開昭6
3−271313号公報および特開昭63−16862
2号公報に記載のものがある。
3号公報、実開昭63−187101号公報、特開昭6
3−271313号公報および特開昭63−16862
2号公報に記載のものがある。
上記特開昭63−197913号公報及び実開昭63−
187101号公報に記載のものでは、偏光ビームスブ
ノッターで分けられた2つの直線偏光成分のうちの一方
を2つの反射面で順次反射させて偏光面を回転させてい
る。この様に反射によって偏光面を回転させることは波
長依存性をもたない点で好ましい。しかしながら、反射
光の光路な確保するために装置のサイズが太き(なり、
1好ましくない。
187101号公報に記載のものでは、偏光ビームスブ
ノッターで分けられた2つの直線偏光成分のうちの一方
を2つの反射面で順次反射させて偏光面を回転させてい
る。この様に反射によって偏光面を回転させることは波
長依存性をもたない点で好ましい。しかしながら、反射
光の光路な確保するために装置のサイズが太き(なり、
1好ましくない。
また、上記特開昭63−271313号公報に記載のも
のでは、偏光面の回転に波長板を用いているために、一
般に波長依存性が強(、また装置のサイズは前2件の公
報のものより更に太き(なるため、かなり用途は制限さ
れる。
のでは、偏光面の回転に波長板を用いているために、一
般に波長依存性が強(、また装置のサイズは前2件の公
報のものより更に太き(なるため、かなり用途は制限さ
れる。
特開昭63−168622号公報に記載のものでは、偏
光面の回転にTN液晶を用いることにより比較的小型で
且つ極めて簡単な構造で前記の機能を実現している。但
し、液晶層を通過する際に光の減衰が若干ある点が問題
であり、またTN液晶の製作手段が必要とされる。
光面の回転にTN液晶を用いることにより比較的小型で
且つ極めて簡単な構造で前記の機能を実現している。但
し、液晶層を通過する際に光の減衰が若干ある点が問題
であり、またTN液晶の製作手段が必要とされる。
[発明が解決しようとする課題]
本発明の目的は、ランダム偏光の光源を用いて直線偏光
を作る偏光光源装置であって、(a)小型である (b)効率が高い (c)製作が容易である の条件を満たすものを提供することである。
を作る偏光光源装置であって、(a)小型である (b)効率が高い (c)製作が容易である の条件を満たすものを提供することである。
[課題を解決するための手段]
本発明の請求項1記載の偏光光源装置は、光源と、該光
源から発せられる光のうちp偏光成分光及びS@光成分
光の一方を反射させ且つ他方を透過させる偏光ビームス
プリッタ−と、該偏光ビームスプリッタ−からの反射光
を入射させ偏光面が9Q’回転した反射光成分を得るプ
リズム反射面と、該プリズム反射面による反射光が上記
偏光ビームスプリッタ−を透過した光と上記光源からの
光のうち直接偏光ビームスプリッタ−を透過した光との
進行方向を揃えるためのプリズムとを有し、上記プリズ
ム反射面は多数の反射鏡面が隣接するものどうし互いに
直交して該隣接反射鏡面により形成される稜線と直交す
る方向に多数配列されてなり、該プリズム反射面は入射
光の偏光面に対し上記反射鏡面配列方向が45°の角度
をなす様に配置されていることを特徴とする、偏光光源
装置、 である。
源から発せられる光のうちp偏光成分光及びS@光成分
光の一方を反射させ且つ他方を透過させる偏光ビームス
プリッタ−と、該偏光ビームスプリッタ−からの反射光
を入射させ偏光面が9Q’回転した反射光成分を得るプ
リズム反射面と、該プリズム反射面による反射光が上記
偏光ビームスプリッタ−を透過した光と上記光源からの
光のうち直接偏光ビームスプリッタ−を透過した光との
進行方向を揃えるためのプリズムとを有し、上記プリズ
ム反射面は多数の反射鏡面が隣接するものどうし互いに
直交して該隣接反射鏡面により形成される稜線と直交す
る方向に多数配列されてなり、該プリズム反射面は入射
光の偏光面に対し上記反射鏡面配列方向が45°の角度
をなす様に配置されていることを特徴とする、偏光光源
装置、 である。
この様な請求項1に記載の偏光光源装置のうちで、特に
好ましいものとして、請求項2に記載の、 ランダム偏光のビーム光源と、その光軸上に置かれたミ
ラー型偏光ビームスプリッタ−と、該偏光ビームスプリ
ッタ−による反射光の光軸上に置かれたプリズム反射面
と、該偏光ビームスプリッタ−の透過光が通る位置に置
かれたプリズム形成板とによって構成され、該プリズム
形成板は該板面の法線と角度θをなし互いに角度2θを
なす2種類の面が交互に繰り返し且つ屈折率がnのプリ
ズム列が片面に形成された透明板であって、該プリズム
形成板は平面側が上記偏光ビームスプリッタ−に面し且
つプリズムの稜線が入射光と垂直になる様に配置され、
上記角度θは光源から偏光ビームスプリッタ−へ入射す
る光の入射角βと、下記式(1) の関係を有する偏光光源装置、 がある。
好ましいものとして、請求項2に記載の、 ランダム偏光のビーム光源と、その光軸上に置かれたミ
ラー型偏光ビームスプリッタ−と、該偏光ビームスプリ
ッタ−による反射光の光軸上に置かれたプリズム反射面
と、該偏光ビームスプリッタ−の透過光が通る位置に置
かれたプリズム形成板とによって構成され、該プリズム
形成板は該板面の法線と角度θをなし互いに角度2θを
なす2種類の面が交互に繰り返し且つ屈折率がnのプリ
ズム列が片面に形成された透明板であって、該プリズム
形成板は平面側が上記偏光ビームスプリッタ−に面し且
つプリズムの稜線が入射光と垂直になる様に配置され、
上記角度θは光源から偏光ビームスプリッタ−へ入射す
る光の入射角βと、下記式(1) の関係を有する偏光光源装置、 がある。
更に、請求項3に記載の偏光光源装置では、角度βを4
5°にとることにより、通常の入射角45゛の偏光ビー
ムスプリッタ−が使用でき、また、プリズム形成板及び
プリズム反射面が2等辺三角形を底辺とする三角柱の各
側面の位置におかれることになって、装置の小型化の面
で最も好ましい配置となる。
5°にとることにより、通常の入射角45゛の偏光ビー
ムスプリッタ−が使用でき、また、プリズム形成板及び
プリズム反射面が2等辺三角形を底辺とする三角柱の各
側面の位置におかれることになって、装置の小型化の面
で最も好ましい配置となる。
加えて、請求項4.5は上記本発明装置の特に波長特性
の改善のために特別の偏光ビームスプリッタ−を用いた
ものであり、 請求項4の偏光光源装置は、 請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラー型偏
光ビームスプリッタ−の代わりに、2枚の透明板の間に
偏光膜が挟持されており各透明板の外面側に面法線と4
5°の角度をなし互いに直交する2つの面をもつプリズ
ムが複数並列配置されて形成されている偏光ビームスプ
リッタ−を用いてなる、偏光光源装置、 であり、 請求項4の偏光光源装置は、 請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラー型偏
光ビームスプリッタ−の代わりに、1枚の透明板と直角
プリズムの斜面との間に偏光膜が挟持されており上記透
明板の外面側に面法線と45°の角度をなし互いに直交
する2つの面をもつプリズムが複数並列配置されて形成
されている偏光ビームスプリッタ−を用いてなる、偏光
光源装置、 である。
の改善のために特別の偏光ビームスプリッタ−を用いた
ものであり、 請求項4の偏光光源装置は、 請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラー型偏
光ビームスプリッタ−の代わりに、2枚の透明板の間に
偏光膜が挟持されており各透明板の外面側に面法線と4
5°の角度をなし互いに直交する2つの面をもつプリズ
ムが複数並列配置されて形成されている偏光ビームスプ
リッタ−を用いてなる、偏光光源装置、 であり、 請求項4の偏光光源装置は、 請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラー型偏
光ビームスプリッタ−の代わりに、1枚の透明板と直角
プリズムの斜面との間に偏光膜が挟持されており上記透
明板の外面側に面法線と45°の角度をなし互いに直交
する2つの面をもつプリズムが複数並列配置されて形成
されている偏光ビームスプリッタ−を用いてなる、偏光
光源装置、 である。
また、請求項6は請求項2のプリズム形成板の角度θの
好ましい値を与えるものであり、光源光の利用効率の面
から、角度θが下記式(2)θ= cos−’ ((1
+ 4r丁η行7)/4nl ・・・(2)で表される
様にするものがよい。
好ましい値を与えるものであり、光源光の利用効率の面
から、角度θが下記式(2)θ= cos−’ ((1
+ 4r丁η行7)/4nl ・・・(2)で表される
様にするものがよい。
更に、請求項7はこれらの偏光光源装置に使われている
プリズム反射面を、ス波長板と平面鏡とを組み合わせた
ものに置き換えたもので、その働きは同じであるが、効
率や波長特性など、性能的には若干具なるものである。
プリズム反射面を、ス波長板と平面鏡とを組み合わせた
ものに置き換えたもので、その働きは同じであるが、効
率や波長特性など、性能的には若干具なるものである。
また、請求項8は、上記プリズム反射面の前に位相板を
配置することによって、本発明の効率をより高めたもの
である。
配置することによって、本発明の効率をより高めたもの
である。
[作用]
本発明の偏光光源装置は、光源からの光を偏光ビームス
プリッタ−で2つの直線偏光成分に分け、その一方の偏
光面を90°回転させた後に他方に合流させるものであ
り、偏光面回転のための手段としてプリズム反射面、な
いしは1/4波長板と平面鏡との組み合わせ、ないしは
プリズム反射面の前に位相板を配置したものを用いるも
のである。
プリッタ−で2つの直線偏光成分に分け、その一方の偏
光面を90°回転させた後に他方に合流させるものであ
り、偏光面回転のための手段としてプリズム反射面、な
いしは1/4波長板と平面鏡との組み合わせ、ないしは
プリズム反射面の前に位相板を配置したものを用いるも
のである。
第11図はプリズム反射面での反射で偏光面力≦90°
回転した成分が得られる様子を示す原理図である。
回転した成分が得られる様子を示す原理図である。
面12aに入射した直線偏光光lOは、面12aに平行
な電場ベクトルの成分Fsと垂直な成分Fpとに分けら
れるが、面12a、12bが完全導体の反射面であれば
、12a、12bで反射した光11の成分Fp’の向き
が反転し結果として10に対して11は偏光面が90°
回転した光となる。
な電場ベクトルの成分Fsと垂直な成分Fpとに分けら
れるが、面12a、12bが完全導体の反射面であれば
、12a、12bで反射した光11の成分Fp’の向き
が反転し結果として10に対して11は偏光面が90°
回転した光となる。
しカルながら、実際には完全導体の反射面は存在せず、
−MにFs’ とFp’ との間に位相差Δを生じ、ま
た両者の振幅も異なり、反射光11は楕円偏光になる。
−MにFs’ とFp’ との間に位相差Δを生じ、ま
た両者の振幅も異なり、反射光11は楕円偏光になる。
従って、この楕円偏光の偏光面が入射光のそれと直交す
る成分のみが有効である。ここで、Δは小さいほど完全
導体の面に近く効率も高い。
る成分のみが有効である。ここで、Δは小さいほど完全
導体の面に近く効率も高い。
第1O図にプリズム反射面の一例を示す。
基板14の片面に多数の反射鏡面が形成されており、隣
接する反射鏡面どうしは互いに直交しており、該隣接反
射鏡面により形成される稜線と直交する方向dに多数の
反射鏡面が配列されている。該反射鏡面は基板面の法線
方向Uに対し、たとえば45°をなす。ここで、隣接反
射鏡面の直交する条件は法線方向Uに沿って入射した光
が該法線方向Uに沿って反射するために必要な条件であ
り、また該反射鏡面が法線方向Uとなす角は45°とす
るのが効率の面で最も好ましい。
接する反射鏡面どうしは互いに直交しており、該隣接反
射鏡面により形成される稜線と直交する方向dに多数の
反射鏡面が配列されている。該反射鏡面は基板面の法線
方向Uに対し、たとえば45°をなす。ここで、隣接反
射鏡面の直交する条件は法線方向Uに沿って入射した光
が該法線方向Uに沿って反射するために必要な条件であ
り、また該反射鏡面が法線方向Uとなす角は45°とす
るのが効率の面で最も好ましい。
上記反射鏡面は、基板14の片面に所定の形状を形成し
た後に蒸着や鍍金により金属層を形成すること、あるい
は誘電体多層膜の形成により得ることができ、基板14
として透明材林を用いれば、平面の側を入射面とし、プ
リズム面を裏面鏡として使うことができる。更に、基板
14の屈折率がffより大きければ、プリズム面を全反
射面として使うこともできる。金属層あるいは誘電体多
層膜による反射鏡面では、金属の種類や膜厚、多層膜の
設計の違いにより前述の位相差Δはまちまちであるが、
プリズムの全反射を使う場合には屈折率から計算でき、
−例として屈折率が1.49の場合(ポリメチルメタク
リレート)には△=70°である。これから、偏光面の
90°回転した成分は67%となるが、全反射は100
%近い反射率が得られることから、反射面での効率はほ
ぼ67%となる。
た後に蒸着や鍍金により金属層を形成すること、あるい
は誘電体多層膜の形成により得ることができ、基板14
として透明材林を用いれば、平面の側を入射面とし、プ
リズム面を裏面鏡として使うことができる。更に、基板
14の屈折率がffより大きければ、プリズム面を全反
射面として使うこともできる。金属層あるいは誘電体多
層膜による反射鏡面では、金属の種類や膜厚、多層膜の
設計の違いにより前述の位相差Δはまちまちであるが、
プリズムの全反射を使う場合には屈折率から計算でき、
−例として屈折率が1.49の場合(ポリメチルメタク
リレート)には△=70°である。これから、偏光面の
90°回転した成分は67%となるが、全反射は100
%近い反射率が得られることから、反射面での効率はほ
ぼ67%となる。
次に、ス波長板を使って偏光面を90”回転させる方法
について説明する。第12図は1/4波長板を使った反
射面の例であり、反射鏡15の前にス波長板16を置い
て構成される。入射光17は反射鏡15で反射する前後
に嵐波長板16を通過することによって偏光面を90°
回転した反射光18となる。
について説明する。第12図は1/4波長板を使った反
射面の例であり、反射鏡15の前にス波長板16を置い
て構成される。入射光17は反射鏡15で反射する前後
に嵐波長板16を通過することによって偏光面を90°
回転した反射光18となる。
ここで用いる反射鏡は金属ミラーでもよいし、誘電体多
層膜を使ったものでもよい。また、波長板の片面に金属
ミラーないし誘電体多層膜を形成して反射面としてもよ
い。
層膜を使ったものでもよい。また、波長板の片面に金属
ミラーないし誘電体多層膜を形成して反射面としてもよ
い。
この方法では、波長板を用いるために、偏光面が90°
回転した反射光の得られる効率は強い波長依存性をもち
、白色光を用いる場合には好ましくない。この波長依存
性を小さくするために、異なる波長分散をもつ複屈折材
料を合わせてなる色消し波長板を用いてもよい。
回転した反射光の得られる効率は強い波長依存性をもち
、白色光を用いる場合には好ましくない。この波長依存
性を小さくするために、異なる波長分散をもつ複屈折材
料を合わせてなる色消し波長板を用いてもよい。
請求項8の方法は上記2つの手段をあわせて用いること
によって、より効率よ(偏光面の回転を行うものである
。
によって、より効率よ(偏光面の回転を行うものである
。
第13図は位相板19とプリズム反射面20を用いた請
求項8の反射面の例である。プリズム反射面による反射
では、反射光の各成分Fs とFpoどの位相差Δが
0でないため反射光が楕円偏光になるが、同じ大きさで
符号が逆の位相差−八を位相板19によって作り、結果
として位相差を打ち消し、偏光面が90”回転した直線
偏光を得る。位相板19は反射前後に通過するため、レ
タデーションが−へ72になるようなものを使えばよい
。
求項8の反射面の例である。プリズム反射面による反射
では、反射光の各成分Fs とFpoどの位相差Δが
0でないため反射光が楕円偏光になるが、同じ大きさで
符号が逆の位相差−八を位相板19によって作り、結果
として位相差を打ち消し、偏光面が90”回転した直線
偏光を得る。位相板19は反射前後に通過するため、レ
タデーションが−へ72になるようなものを使えばよい
。
この場合には、位相板で与えるべき位相差が比較的小さ
くてすむため、全体での波長依存性は小さ(、白色光に
も十分適用できる。プリズム反射面は前述のものならど
んなものでも使うことができるが、中でも反射率が高く
Δの計算が容易な全反射プリズムを使うのが最も好まし
い。例えば、上記ポリメチルメタクリレートのプリズム
を使う場合にはΔ=70°であるから、35°のレタデ
ーションを与える位相板を使って、可視光全域にわたっ
て極めて高い効率が容易に得られる。
くてすむため、全体での波長依存性は小さ(、白色光に
も十分適用できる。プリズム反射面は前述のものならど
んなものでも使うことができるが、中でも反射率が高く
Δの計算が容易な全反射プリズムを使うのが最も好まし
い。例えば、上記ポリメチルメタクリレートのプリズム
を使う場合にはΔ=70°であるから、35°のレタデ
ーションを与える位相板を使って、可視光全域にわたっ
て極めて高い効率が容易に得られる。
以上の様なプリズム反射面は十分に薄くすることができ
るので、装置の小型化及び軽量化が可能となる。
るので、装置の小型化及び軽量化が可能となる。
また、請求項4または5において用いる偏光ビームスプ
リッタ−は、従来のプリズムビームスプリッタ−の2つ
の直角プリズムのうちの少なくとも一方を複数のプリズ
ム要素が形成された透明板で置き換えたものに相当し、
これにより軽量化が達成できる。
リッタ−は、従来のプリズムビームスプリッタ−の2つ
の直角プリズムのうちの少なくとも一方を複数のプリズ
ム要素が形成された透明板で置き換えたものに相当し、
これにより軽量化が達成できる。
尚、この偏光ビームスプリッタ−は例えば前に挙げた特
開昭63−197913号公報、実開昭63−1871
01号公報、特開昭63−271313号公報および特
開昭63−168622号公報の同様の用途にも使用で
きるものである。
開昭63−197913号公報、実開昭63−1871
01号公報、特開昭63−271313号公報および特
開昭63−168622号公報の同様の用途にも使用で
きるものである。
[実施例]
以下、実施例を用いて本発明を説明する。尚、以下でい
うプリズム反射面を%波長板と平面鏡とを組み合わせた
ものに置き換えたもの、及びプリズム反射面の前に位相
板を配置したものが、それぞれ請求項7,8の実施例と
なる。
うプリズム反射面を%波長板と平面鏡とを組み合わせた
ものに置き換えたもの、及びプリズム反射面の前に位相
板を配置したものが、それぞれ請求項7,8の実施例と
なる。
第1.4図、第15図及び第16図はいずれも請求項1
の実施例の平面図である。
の実施例の平面図である。
第14図の実施例において、光源5からの光は曲面鏡2
で平行光とされ、ミラー型偏光ビームスプリッタ−3に
角度βで入射し、該入射光のうちp偏光成分(図中、実
線で示されている)は偏光ビームスプリッタ−3を透過
し、プリズム13で屈折して出射する。一方、S偏光成
分(図中、点線で示されている)は偏光ビームスプリッ
タ−3で反射し、更にプリズム反射面4で反射し、該反
射の際に偏光面が90’回転した成分を得、p偏光とな
って再び偏光ビームスプリッタ−3に達し、今度はここ
を透過し、プリズム13で屈折して出射する。上記2つ
の出射光は隣接しているため、1つの直線偏光光ビーム
として利用することができる。
で平行光とされ、ミラー型偏光ビームスプリッタ−3に
角度βで入射し、該入射光のうちp偏光成分(図中、実
線で示されている)は偏光ビームスプリッタ−3を透過
し、プリズム13で屈折して出射する。一方、S偏光成
分(図中、点線で示されている)は偏光ビームスプリッ
タ−3で反射し、更にプリズム反射面4で反射し、該反
射の際に偏光面が90’回転した成分を得、p偏光とな
って再び偏光ビームスプリッタ−3に達し、今度はここ
を透過し、プリズム13で屈折して出射する。上記2つ
の出射光は隣接しているため、1つの直線偏光光ビーム
として利用することができる。
次に、第15図はプリズム型偏光ビームスプリッタ−2
1を用いて上記第14図のものと同様の効果を得る実施
例であるが、偏光ビームスプリッタ−がプリズム型であ
るために、1対の反射鏡22を用いてプリズム13への
光入射を図っている。
1を用いて上記第14図のものと同様の効果を得る実施
例であるが、偏光ビームスプリッタ−がプリズム型であ
るために、1対の反射鏡22を用いてプリズム13への
光入射を図っている。
更に、第16図の(a)は第15図の実施例のプリズム
13をプリズム形成板1に置き換えた例である。該プリ
ズム形成板は、偏光ビームスプリッタ−21側の面が平
面であり、その反対側の面が上記第15図のプリズム1
3と相似形の小プリズムが多数並列配置された形態のも
のである。
13をプリズム形成板1に置き換えた例である。該プリ
ズム形成板は、偏光ビームスプリッタ−21側の面が平
面であり、その反対側の面が上記第15図のプリズム1
3と相似形の小プリズムが多数並列配置された形態のも
のである。
これによって、装置の小型化が可能となる。
この装置では、光源5からの光のうち最初の入射で偏光
ビームスプリッタ−21を透過した成分がプリズム形成
板1の左半分から、またプリズム反射面4で反射した後
に偏光ビームスプリッタ−21を透過した成分がプリズ
ム形成板1の右半分から、それぞれ別々に出射する。こ
のため、2つの出射光の間で強度や色の違いが表われる
ことがある。
ビームスプリッタ−21を透過した成分がプリズム形成
板1の左半分から、またプリズム反射面4で反射した後
に偏光ビームスプリッタ−21を透過した成分がプリズ
ム形成板1の右半分から、それぞれ別々に出射する。こ
のため、2つの出射光の間で強度や色の違いが表われる
ことがある。
第16図の(b)は、この様な問題の発生を防止できる
実施例であり、反射鏡22を長(し、偏光ビームスプリ
ッタ−21とプリズム形成板lとの間隔を大きくして2
つの出射光がいずれもプリズム形成板1全体から出る様
にしである。
実施例であり、反射鏡22を長(し、偏光ビームスプリ
ッタ−21とプリズム形成板lとの間隔を大きくして2
つの出射光がいずれもプリズム形成板1全体から出る様
にしである。
次に、本発明の請求項2〜6に記載の偏光光源装置は、
特に小型で簡単な構造をもったもので、実用性が一層高
いものである。
特に小型で簡単な構造をもったもので、実用性が一層高
いものである。
第1図、第5図及び第6図はいずれも請求項2に記載の
偏光光源装置の実施例であり、ミラー型偏光ビームスプ
リッタ−3への入射角βは、それぞれβ=45°、β〉
45°、βく45°であり、第1図は特に請求項3の実
施例でもある。
偏光光源装置の実施例であり、ミラー型偏光ビームスプ
リッタ−3への入射角βは、それぞれβ=45°、β〉
45°、βく45°であり、第1図は特に請求項3の実
施例でもある。
第1図の実施例は第14図の実施例のプリズム13を上
記第16図の実施例で用いたと同様なプリズム形成板1
に置き換えたものである。これにより極めて小型の装置
にまとまっている。第4図はこの装置の斜視図でありる
。この装置では、ミラー型偏光ビームスプリッタ−を用
いているために、同様にプリズム形成板lを用いている
第16図の実施例の装置の半分以下の大きさに部さまっ
ている。また、ミラー型偏光ビームスプリッタ−では、
光線の入射角βは45°に限らず、それ以外の角度の第
5図や第6図の様な場合も可能である。但し、請求項3
の実施例である第1図の装置が最も小型で製作容易であ
る。
記第16図の実施例で用いたと同様なプリズム形成板1
に置き換えたものである。これにより極めて小型の装置
にまとまっている。第4図はこの装置の斜視図でありる
。この装置では、ミラー型偏光ビームスプリッタ−を用
いているために、同様にプリズム形成板lを用いている
第16図の実施例の装置の半分以下の大きさに部さまっ
ている。また、ミラー型偏光ビームスプリッタ−では、
光線の入射角βは45°に限らず、それ以外の角度の第
5図や第6図の様な場合も可能である。但し、請求項3
の実施例である第1図の装置が最も小型で製作容易であ
る。
上記プリズム形成板1のプリズム列は、第4図の様にY
方向に並んでおり、プリズム面がプリズム形成板1の法
線(X軸に平行)となす角θが上記式(1)を満たすこ
とによって、出射光はX軸に平行なビームとなる。
方向に並んでおり、プリズム面がプリズム形成板1の法
線(X軸に平行)となす角θが上記式(1)を満たすこ
とによって、出射光はX軸に平行なビームとなる。
請求項2の偏光光源装置に用いられるミラー型偏光ビー
ムスプリッタ−は、透明な板の上に光学薄膜を多層にコ
ートしたもので、S偏光成分とp偏光成分の反射率が異
なることを利用してこれらを分離するものである。この
タイプは軽量である点では優れているが、波長幅が狭い
ため、単色光のみに使用が限定される。通常の誘電体多
層膜ビームスプリッタ−にも若干の偏光特性がある(S
偏光成分:p偏光成分=2:8程度)ため、これを広帯
域の偏光ビームスプリッタ−として使うのもよいが、効
率的には次のプリズム型にかなり劣るものである。
ムスプリッタ−は、透明な板の上に光学薄膜を多層にコ
ートしたもので、S偏光成分とp偏光成分の反射率が異
なることを利用してこれらを分離するものである。この
タイプは軽量である点では優れているが、波長幅が狭い
ため、単色光のみに使用が限定される。通常の誘電体多
層膜ビームスプリッタ−にも若干の偏光特性がある(S
偏光成分:p偏光成分=2:8程度)ため、これを広帯
域の偏光ビームスプリッタ−として使うのもよいが、効
率的には次のプリズム型にかなり劣るものである。
上記第15図及び第16図の実施例に用いられているプ
リズム型偏光ビームスプリッタ−は、2つの直角プリズ
ムを偏光多層膜をはさんで貼り合わせた構造のもので、
はぼ可視光全域をカバーする広帯域のものができ、白色
光に適用できるが、軽量性についてはミラー型に劣る。
リズム型偏光ビームスプリッタ−は、2つの直角プリズ
ムを偏光多層膜をはさんで貼り合わせた構造のもので、
はぼ可視光全域をカバーする広帯域のものができ、白色
光に適用できるが、軽量性についてはミラー型に劣る。
尚、ここでいう偏光多層膜とは、屈折率の高い物質と低
い物質とを屈折角がブリュースター角になる様に交互に
積層させてなる誘電体多層膜である。
い物質とを屈折角がブリュースター角になる様に交互に
積層させてなる誘電体多層膜である。
この様に、プリズム型の偏光ビームスプリッタ−を使用
したものは性能的に有利である反面、その形状のため小
型、計量化が困難であるが、この問題点を解消し、プリ
ズム型偏光ビームスブノッターの偏光原理を請求項3と
同様の装置に適用することを可能にしたものが請求項4
.5である。
したものは性能的に有利である反面、その形状のため小
型、計量化が困難であるが、この問題点を解消し、プリ
ズム型偏光ビームスブノッターの偏光原理を請求項3と
同様の装置に適用することを可能にしたものが請求項4
.5である。
第2図は請求項4に記載の偏光光源装置の実施例の平面
図であり、偏光ビームスプリッタ−6には第7図のもの
を用いている。これは、直角プリズム列を形成した透明
板の間に偏光多層膜9を形成したも−のであり、該偏光
多層膜9はプリズム型偏光ビームスプリッタ−のそれと
同じものである。透明板上に形成されたそれぞれのプリ
ズムの面がプリズム型偏光ビームスプリッタ−の入射面
、反射面、出射面と同じ働きをして、結果的にプリズム
型偏光ビームスプリッタ−と同じ機能を示す、この様な
ものはレーザー光の様なコヒーレント光に適用される場
合には、そのコヒーレンスを乱し好ましくないが、本用
途の様にインコヒーレントな光源に用いるには問題がな
い。また、第2図から分る様に、入射角β=45° (
請求項3)で使用し、上記ミラー型とほぼ同じ使い方が
できる。
図であり、偏光ビームスプリッタ−6には第7図のもの
を用いている。これは、直角プリズム列を形成した透明
板の間に偏光多層膜9を形成したも−のであり、該偏光
多層膜9はプリズム型偏光ビームスプリッタ−のそれと
同じものである。透明板上に形成されたそれぞれのプリ
ズムの面がプリズム型偏光ビームスプリッタ−の入射面
、反射面、出射面と同じ働きをして、結果的にプリズム
型偏光ビームスプリッタ−と同じ機能を示す、この様な
ものはレーザー光の様なコヒーレント光に適用される場
合には、そのコヒーレンスを乱し好ましくないが、本用
途の様にインコヒーレントな光源に用いるには問題がな
い。また、第2図から分る様に、入射角β=45° (
請求項3)で使用し、上記ミラー型とほぼ同じ使い方が
できる。
また、第3図は請求項5に記載の偏光光源装置の実施例
の平面図であり、偏光ビームスプリッタ−7には第8図
のものを用いている。これは、プリズム型偏光ビームス
プリッタ−の半分を直角プリズム列を形成した透明板に
置き換えたものであり、その働きはプリズム型偏光ビー
ムスプリッタ−と同じである。第3図の実施例では、こ
の偏光ビームスプリッタ−の2つの側面が光源及びプリ
ズム反射面に接し、直角プリズムが導光体としての働き
をしていることがわかる。
の平面図であり、偏光ビームスプリッタ−7には第8図
のものを用いている。これは、プリズム型偏光ビームス
プリッタ−の半分を直角プリズム列を形成した透明板に
置き換えたものであり、その働きはプリズム型偏光ビー
ムスプリッタ−と同じである。第3図の実施例では、こ
の偏光ビームスプリッタ−の2つの側面が光源及びプリ
ズム反射面に接し、直角プリズムが導光体としての働き
をしていることがわかる。
尚、請求項4,5の偏光ビームスプリッタ−の製作方法
は基本的にプリズム型と同じであり、方の透明板ないし
はプリズムを有する透明ブロックに偏光多層膜を蒸着な
どによって形成し、もう一方の透明板ないしは透明ブロ
ックに接着すればよい。
は基本的にプリズム型と同じであり、方の透明板ないし
はプリズムを有する透明ブロックに偏光多層膜を蒸着な
どによって形成し、もう一方の透明板ないしは透明ブロ
ックに接着すればよい。
更に、請求項6記載の偏光光源装置の実施例は、請求項
2〜5の実施例のプリズム形成板の角度θを下記式(2
) %式%(2) に示される値としたものである。
2〜5の実施例のプリズム形成板の角度θを下記式(2
) %式%(2) に示される値としたものである。
本発明の偏光光源装置では、通常、プリズム形成板で屈
折する際に、光ビームの広がり角が増加する(n≧1.
732. β≧60”の場合は例外)ものもある。この
ことは、液晶プロジェクタ−の光源等の用途では光の利
用効率の点では好ましくない。この広がり角の増加は上
記角度θが大きいほど小さく出来るが、大きすぎると第
9図(a)に示される様に、光源8からの光のうちプリ
ズムの反対側の面で反射する成分が表われ、これが損失
光20となり、効率低下をまね(。このため、第9図(
b)の様に、入射光がプリズムの反対側の面に平行にな
るのが最もよ(、これを満たす条件が上記式(2)であ
る。
折する際に、光ビームの広がり角が増加する(n≧1.
732. β≧60”の場合は例外)ものもある。この
ことは、液晶プロジェクタ−の光源等の用途では光の利
用効率の点では好ましくない。この広がり角の増加は上
記角度θが大きいほど小さく出来るが、大きすぎると第
9図(a)に示される様に、光源8からの光のうちプリ
ズムの反対側の面で反射する成分が表われ、これが損失
光20となり、効率低下をまね(。このため、第9図(
b)の様に、入射光がプリズムの反対側の面に平行にな
るのが最もよ(、これを満たす条件が上記式(2)であ
る。
請求項3〜5に記載の偏光光源装置では、β=45°で
あるため、上記式(1)、(2)から、プリズムの屈折
率nが1.54となり、これが請求項6の実施例である
。
あるため、上記式(1)、(2)から、プリズムの屈折
率nが1.54となり、これが請求項6の実施例である
。
本発明の偏光光源装置では、得られる直線偏光のビーム
の幅は最初のランダム偏光のビーム(上記実施例では、
光源5と曲面鏡2とで作られる)の幅より大きく、第1
図〜6図、第14図〜16図の実施例では、Y軸方向に
(1/cosβ)倍だけ広がっている。このために、得
られた偏光ビームの断面はY軸方向に長い形になりやす
(、この様なことは得られた偏光光ビームの利用の点か
ら必ずしも好ましいことではない。
の幅は最初のランダム偏光のビーム(上記実施例では、
光源5と曲面鏡2とで作られる)の幅より大きく、第1
図〜6図、第14図〜16図の実施例では、Y軸方向に
(1/cosβ)倍だけ広がっている。このために、得
られた偏光ビームの断面はY軸方向に長い形になりやす
(、この様なことは得られた偏光光ビームの利用の点か
ら必ずしも好ましいことではない。
第17図及び第19図は請求項4に記載の偏光光源装置
の実施例であるが、それぞれプリズム23.25を用い
ることによってビーム幅の増加を押えている。即ち、第
2図の実施例のビーム幅の増加は(1/cos45°)
:1.414倍であるのに対し、例えばプリズム23.
25の屈折率が1゜49であるとすると、a = 28
.33°+ (1/cos2g、 33°)=1.1
36倍である。
の実施例であるが、それぞれプリズム23.25を用い
ることによってビーム幅の増加を押えている。即ち、第
2図の実施例のビーム幅の増加は(1/cos45°)
:1.414倍であるのに対し、例えばプリズム23.
25の屈折率が1゜49であるとすると、a = 28
.33°+ (1/cos2g、 33°)=1.1
36倍である。
また、第18図は第19図の変形であり、請求項4に記
載の偏光ビームスプリッタ−の代わりに、2面に直角プ
リズムの列を形成し底面が台形四角柱の形をした偏光ビ
ームスプリッタ−24を用いており、偏光ビームスプリ
ッタ−に導波路の役割をもたせたものである。これも、
請求項1の実施例の1つである。
載の偏光ビームスプリッタ−の代わりに、2面に直角プ
リズムの列を形成し底面が台形四角柱の形をした偏光ビ
ームスプリッタ−24を用いており、偏光ビームスプリ
ッタ−に導波路の役割をもたせたものである。これも、
請求項1の実施例の1つである。
本発明の説明図には、光源に曲面ミラーを使ったビーム
光源を用、いたが、レンズを用いたビーム光源であって
も、全く同様であることはいうまでもない。
光源を用、いたが、レンズを用いたビーム光源であって
も、全く同様であることはいうまでもない。
[発明の効果]
以上説明した様に、本発明による偏光光源装置は、ラン
ダム偏光の光源から小型の簡単な装置を使って、直線偏
光の光を効率よく作ることを可能にした。
ダム偏光の光源から小型の簡単な装置を使って、直線偏
光の光を効率よく作ることを可能にした。
第1図〜第3図、第5図、第6図、第14図〜第19図
はいずれも本発明の偏光光源装置の平面図である。 第4図は本発明の偏光光源装置の斜視図である。 第7図及び第8図はいずれも本発明偏光光源装置で用い
る偏光ビームスプリッタ−の説明図である。 第9図はプリズム形成板における光通過状態を示す図で
ある。 第10図は本発明において使用されるプリズム反射面の
説明図であり、第11図は該プリズム反射面によって反
射光の偏光面が90°回転する様子を示す原理図である
。 第12図及び第13図はそれぞれ1/4波長板と平面鏡
との組み合わせによる反射面、及びプリズム反射面の前
に位相板を配置した反射面の例である。 l、18・・・出射光線、 2a、12b・・・反射鏡面、 3.23.25・・・プリズム、 5.22・・・平面鏡、 16・・・イ波長板、9
・・・位相板、 20・・・損失光、l・・・プリズ
ム型偏光ビームスプリッタ−4・・・偏光ビームスプリ
ッタ−
はいずれも本発明の偏光光源装置の平面図である。 第4図は本発明の偏光光源装置の斜視図である。 第7図及び第8図はいずれも本発明偏光光源装置で用い
る偏光ビームスプリッタ−の説明図である。 第9図はプリズム形成板における光通過状態を示す図で
ある。 第10図は本発明において使用されるプリズム反射面の
説明図であり、第11図は該プリズム反射面によって反
射光の偏光面が90°回転する様子を示す原理図である
。 第12図及び第13図はそれぞれ1/4波長板と平面鏡
との組み合わせによる反射面、及びプリズム反射面の前
に位相板を配置した反射面の例である。 l、18・・・出射光線、 2a、12b・・・反射鏡面、 3.23.25・・・プリズム、 5.22・・・平面鏡、 16・・・イ波長板、9
・・・位相板、 20・・・損失光、l・・・プリズ
ム型偏光ビームスプリッタ−4・・・偏光ビームスプリ
ッタ−
Claims (8)
- (1)光源と、該光源から発せられる光のうちp偏光成
分光及びs偏光成分光の一方を反射させ且つ他方を透過
させる偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリ
ッターからの反射光を入射させ偏光面が90゜回転した
反射光成分を得るプリズム反射面と、該プリズム反射面
による反射光が上記偏光ビームスプリッターを透過した
光と上記光源からの光のうち直接偏光ビームスプリッタ
ーを透過した光との進行方向を揃えるためのプリズムと
を有し、上記プリズム反射面は多数の反射鏡面が隣接す
るものどうし互いに直交して該隣接反射鏡面により形成
される稜線と直交する方向に多数配列されてなり、該プ
リズム反射面は入射光の偏光面に対し上記反射鏡面配列
方向が45゜の角度をなす様に配置されていることを特
徴とする、偏光光源装置。 - (2)ランダム偏光のビーム光源と、その光軸上に置か
れたミラー型偏光ビームスプリッターと、該偏光ビーム
スプリッターによる反射光の光軸上に置かれたプリズム
反射面と、該偏光ビームスプリッターの透過光が通る位
置に置かれたプリズム形成板とによって構成され、該プ
リズム形成板は該板面の法線と角度θをなし互いに角度
2θをなす2種類の面が交互に繰り返し且つ屈折率がn
のプリズム列が片面に形成された透明板であって、該プ
リズム形成板は平面側が上記偏光ビームスプリッターに
面し且つプリズムの稜線が入射光と垂直になる様に配置
され、上記角度θは光源から偏光ビームスプリッターへ
入射する光の入射角βと、下記式(1) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) の関係を有する、請求項1に記載の偏光光源装置。 - (3)角度βが45゜である、請求項2に記載の偏光光
源装置。 - (4)請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラ
ー型偏光ビームスプリッターの代わりに、2枚の透明板
の間に偏光膜が挟持されており各透明板の外面側に面法
線と45゜の角度をなし互いに直交する2つの面をもつ
プリズムが複数並列配置されて形成されている偏光ビー
ムスプリッターを用いてなる、偏光光源装置。 - (5)請求項3に記載の偏光光源装置の構成要素のミラ
ー型偏光ビームスプリッターの代わりに、1枚の透明板
と直角プリズムの斜面との間に偏光膜が挟持されており
上記透明板の外面側に面法線と45゜の角度をなし互い
に直交する2つの面をもつプリズムが複数並列配置され
て形成されている偏光ビームスプリッターを用いてなる
、偏光光源装置。 - (6)角度θが下記式(2) θ=cos^−^1{[1+√(1+8n^2)]/4
n}・・・(2)で表される、請求項2〜5のいずれか
に記載の偏光光源装置。 - (7)請求項1〜6のいずれかに記載の偏光光源装置の
構成要素のプリズム反射面の代わりに、1/4波長板と
平面鏡との組み合わせを用いてなる、偏光光源装置。 - (8)請求項1〜6のいずれかに記載の偏光光源装置の
構成要素のプリズム反射面の前に位相板を配置してなる
、偏光光源装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1294899A JPH03156421A (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 偏光光源装置 |
EP19900119539 EP0422661A3 (en) | 1989-10-13 | 1990-10-11 | Polarization forming optical device and polarization beam splitter |
US07/597,819 US5124841A (en) | 1989-10-13 | 1990-10-15 | Polarization forming optical device and polarization beam splitter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1294899A JPH03156421A (ja) | 1989-11-15 | 1989-11-15 | 偏光光源装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03156421A true JPH03156421A (ja) | 1991-07-04 |
Family
ID=17813692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1294899A Pending JPH03156421A (ja) | 1989-10-13 | 1989-11-15 | 偏光光源装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03156421A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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