JPH03196015A

JPH03196015A - 偏光光源装置

Info

Publication number: JPH03196015A
Application number: JP33489689A
Authority: JP
Inventors: Noriji Ooishi; 則司大石
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-27

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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、実開昭６３−１５０９２２号
公報および特開昭６３−１６８６２２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、偏光ビームスプ
リッタ−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
光の光路を確保するために装置のサイズが太き（なり、
好ましくない。

また、上記特開昭６３−２７１３１３号公報及び実開昭
６３−１５０９２２号公報に記載のものは、装置のサイ
ズが大きくなるため、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、ここでは偏光ビームスプリッタ−によって分けられ
た２つの光が空間的に分離した状態で出射ビームを構成
するために、該出射ビームの幅が入射ビームの幅の２倍
になり明るさが低下し、また液晶層を通過する際に若干
の減衰があるため、出射ビームに明るさのむらを生ずる
という難点がある。

［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効率よく
直線偏光を作る際に、ビーム幅の拡大が少な（、出射ビ
ームに明るさのむらが生じにくい偏光光源装置を提供す
ることある。

［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−と、該偏光ビームスプリッタ−からの反射光
及び透過光のうちの一方を偏光面の９０°回転を伴って
透過させる１／２波長板と、上記偏光ビームスプリッタ
−によって分けられた２つの光を通過させ合成させるた
め片面にプリズム列が形成されている透明板と、該透明
板の上記プリズム列形成面と反対側の面へと上記２つの
光を重なる様に導く光反射手段とを有することを特徴と
する、偏光光源装置、である。

また、請求項２に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−と、該偏光ビームスプリッタ−からの反射光
及び透過光のうちの一方を偏光面の９０°回転を伴って
透過させるＴＮ液晶セルと、上記偏光ビームスプリッタ
−によって分けられた２つの光を通過させ合成させるた
め片面にプリズム列が形成されている透明板と、該透明
板の上記プリズム列形成面と反対側の面へと上記２つの
光を重なる様に導く光反射手段とを有することを特徴と
する、偏光光源装置、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％波長板あるいはＴ
Ｎ液晶セルを用い、偏光面の揃えられた２つの光成分を
反射面等の光反射手段によって重なりあう様に導き、こ
こに光出射側の面にプリズム列が形成されている透明板
を配置し、該透明板によって平行な直線偏光出射光を得
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、以下の実
施例における％波長板をＴＮ液晶セルに置き換えたもの
が請求項２の実施例となる。

第１図及び第２図はいずれも請求項１の実施例の装置の
平面図であり、第３図は第１図の装置の斜視図である。

第１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、プリズム型偏光ビームスプリッタ−４に
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−４を透過し、怪波
長板３で偏光面を回転せしめられてＳ偏光成分となる。

この光線は、反射鏡６で反射せしめられ、更に透明板１
に入射し、該透明板に形成されたプリズムで屈折せしめ
られて出射光となる。一方、偏光ビームスプリッタ−４
に入射した光のうちＳ偏光成分（図中、破線で示されて
いる）は、該偏光ビームスプリッタ−で反射せしめられ
、更に反射鏡６で反射せしめられた後、透明板１に入射
し、該透明板に形成されたプリズムで屈折せしめられて
出射光となる。

以上により、光源５からの光の２つの偏光成分が、Ｓ偏
光となって出射される。

第２図の実施例は、局波長板３が偏光ビームスプリッタ
−４で反射せしめられるＳ偏光成分の光路中に置かれて
いる点を除き、上記第１図の実施例と同様である。尚、
この場合は、出射光はｐ偏光となる。

以上の装置において、上記反射鏡６及び透明板１は、２
つの光成分が透明板１上にて重なる様に設置している。

例えば、第４図の比較例に示す様に、小型化をはかるた
め透明板ｌの設置位置を変えた場合には、偏光ビームス
プリッタ−４を透過した光成分は透明板ｌの左半分から
出射し、偏光ビームスプリッタ−４により反射せしめら
れた光は該偏光ビームスプリッタ−の右半分から出射す
るが、これら２つの光成分は、・偏光ビームスプリッタ−４のＳ偏光に対する反射率と
ｐ偏光に対する透過率とが厳密には等しくないこと、・１／２波長板３での反射や吸収によるロスがあること
、・％波長板３に位相差角の波長依存性があるこ、と、等によって、強度及びスペクトルが異なるため、出射光
にむらを生じ、好ましくない。

上記第１図及び第２図の場合には、これら２つの光成分
が出射面（透明板１）で−様に混ざりあうので、上記第
４図の場合の様な問題は起こらない。

本発明の透明板１に形成されるプリズムの形状は、第５
図から分かる通り、透明板１の法線と平行な出射光を得
るために、プリズム面と透明板の法線とのなす角θが、
以下の式を満足する様に選べばよい。

尚、ここで、ｎは透明板１の屈折率、βは透明板１へ光
線が入射する際の入射角である。

また、第５図において、α≧θとなる様にｎ及びβを選
ぶことが好ましい。もしαくθであれば、入射光の一部
がプリズムのもう一方の傾斜面での反射により方向を変
え、平行な出射光とならないため、効率の低下をまねく
。

第１図及び第２図の実施例では、β＝４５°であるが、
反射鏡６の角度を変えることによってβを変えることが
でき、第６図はβく４５°の実施例であり、第７図はβ
〉４５°の実施例である。

本発明の偏光光源装置に用いられる偏光ビームスプリッ
タ−は、消光比、及び消光比の角度依存性、波長依存性
等の点からプリズム型偏光ビームスプリッタ−を用いる
のが好ましいが、単色光に対して用いる場合については
、有効な波長範囲が狭いミラー型偏光ビームスプリッタ
−を使用することも可能である。

第８図はミラー型偏光ビームスプリッタ−７を用いた実
施例であるが、該偏光ビームスプリッタ−は入射角を任
意に選べるため、２つの反射鏡６を平行に配置したまま
でβを任意に選択することができる。本実施例は、β〉
４５°の実施例である。

本発明装置の出射光のビーム幅は、入射ビームの幅に対
して、Ｙ軸方向に（１／ｃｏｓβ）倍だけ広がる。上記
第１図及び第２図の実施例では、β＝４５’であるから
、（１／　ｃｏｓ４５°）＝１゜４１４倍の広がりであ
るが、前述の特開昭６３−１６８６２２号公報に記載の
装置ではこのビーム幅広がりが２倍であることから、こ
れと比較すれば上記第１図及び第２図の実施例では３０
％近くビーム幅が減少していることが分かる。

本発明の請求項１に記載の局波長板としては、雲母、水
晶等の無機物の結晶を所定の厚さに成形したものや、ポ
リカーボネート、ポリエステル等の複屈折を示す高分子
フィルムを所定の倍率に延伸したもの等が用いられる。

また、請求項２に記載のＴＮ液晶セルは、ラビング等に
よって一軸配向処理を行った一対の透明基板を、配向軸
が互いに直交する様に向かい合わせ、これらの間にネマ
ティック液晶を充填させたもので、液晶分子の分子軸は
これらの基板の間で９０°捩れたヘリカル構造を形成し
、入射偏光光の偏光面をこのヘリカル構造に沿って回転
させるものである。

このＴＮ液晶セルを用いたものは、偏光面を回転させる
性質が波長依存性を持たない点で、白色光源に使用する
のに好ましい。しかしながら、セルを通過する際の光の
損失を少な（する様注意しなければならず、また液晶の
温度特性に注意しなければならない等、％波長板に比較
して取扱がやや難しい。

一方、１／２波長板は、偏光面の回転効率に波長依存性
があるものの、可視光全域にそこそこの効果（８０％以
上）を示し、白色光に適用することも十分可能である。

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（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１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用いて、明るさ
むらを生ずることなしに直線偏光の光を効率よく作るこ
とを可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第６図〜第８図はいずれも本発明の偏
光光源装置の平面図である。第３図は本発明の偏光光源装置の斜視図である。第４図は比較例の偏光光源装置の平面図である。第５図はプリズムを形成した透明板における光通過状態
を示す図である。ｌ・・・プリズムを形成した透明板、

Claims

【特許請求の範囲】

（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及び透過光のうちの一方を偏光面の
９０゜回転を伴って透過させる１／２波長板と、上記偏
光ビームスプリッターによって分けられた２つの光を通
過させ合成させるため片面にプリズム列が形成されてい
る透明板と、該透明板の上記プリズム列形成面と反対側
の面へと上記２つの光を重なる様に導く光反射手段とを
有することを特徴とする、偏光光源装置。
（２）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及び透過光のうちの一方を偏光面の
９０゜回転を伴って透過させるＴＮ液晶セルと、上記偏
光ビームスプリッターによって分けられた２つの光を通
過させ合成させるため片面にプリズム列が形成されてい
る透明板と、該透明板の上記プリズム列形成面と反対側
の面へと上記２つの光を重なる様に導く光反射手段とを
有することを特徴とする、偏光光源装置。