JPH03223811A - 光源用偏光変換素子 - Google Patents
光源用偏光変換素子Info
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- JPH03223811A JPH03223811A JP2020088A JP2008890A JPH03223811A JP H03223811 A JPH03223811 A JP H03223811A JP 2020088 A JP2020088 A JP 2020088A JP 2008890 A JP2008890 A JP 2008890A JP H03223811 A JPH03223811 A JP H03223811A
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (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〕
本発明は液晶プロジェクタ等の表示装置に用いて好適な
光輝度投射光学系用の光源用偏光変換素子に関する。
光輝度投射光学系用の光源用偏光変換素子に関する。
本発明は液晶プロジェクタ等の表示装置に用いて好適な
高輝度投射光学系用の光源用偏光変換素子に関し、不定
偏光光を発光する光源と、光源からの不定偏光光の入射
面に平行なP偏光成分と垂直なS偏光成分に分離する偏
光プリズムと、この偏光プリズムからのS及びP偏光成
分を複数のレンズ群の異なる位置に焦点を結像させる微
小光学素子アレーと、この微小光学素子アレーからのS
偏光成分又はP偏向成分をそのまま通過させ、P偏光成
分又はS偏向成分を90度回転させる移相子アレーによ
って直交二偏光光を一偏光光に変換させることで薄型軽
量なものを得る様にしたものである。
高輝度投射光学系用の光源用偏光変換素子に関し、不定
偏光光を発光する光源と、光源からの不定偏光光の入射
面に平行なP偏光成分と垂直なS偏光成分に分離する偏
光プリズムと、この偏光プリズムからのS及びP偏光成
分を複数のレンズ群の異なる位置に焦点を結像させる微
小光学素子アレーと、この微小光学素子アレーからのS
偏光成分又はP偏向成分をそのまま通過させ、P偏光成
分又はS偏向成分を90度回転させる移相子アレーによ
って直交二偏光光を一偏光光に変換させることで薄型軽
量なものを得る様にしたものである。
従来から液晶プロジェクタ或はビューファインダ等の表
示装置は広く利用され、これら表示装置のライトバルブ
の照明光としては白色光源、即ち、蛍光ランプ、メタル
ハライドランプ、Xe ランプ等が用いられている。
示装置は広く利用され、これら表示装置のライトバルブ
の照明光としては白色光源、即ち、蛍光ランプ、メタル
ハライドランプ、Xe ランプ等が用いられている。
この様な白色光源からの出射光は不定偏光光であるため
に、この様な不定偏光光を従来一般に用いられている偏
光板によって直線偏光化すると、半分以上の出射光が吸
収されてロスとなって光の利用効率が低下する問題があ
った。この様な問題を解決するために、例えば1989
年電子情報通信学会秋季全国大会の論文C34「液晶プ
ロジェクタ高輝度投射光学系用偏光変換素子」には偏光
ビームスプリッタ(以下PBSと記す)を用いて直交二
偏光光を分離し、有効に光を利用する様にした偏光変換
素子が提案されている。この偏光変換素子の原理と構成
を第5図及び第6図について簡単に説明する。第5図は
偏光変換素子の原理図を示すものであり、第6図はその
具体的な構成図である。第5図及び第6図で光源(1)
は白色光源で不定偏光光が出射される。この不定偏光光
(2)はP B S (3)に入射され、P B S
(3)内で互に偏光方向が直交する直線偏光光であるP
偏光成分とS偏光成分のP偏光光(4)とS偏光光(5
)に分離される。P B S (3)を通過したP偏光
光(4)は2個の直角プリズム(6) (7)の斜面で
全反射する過程で回転し、偏光方向が90°回転し合成
用プリズム(10)に出射される。P B S (3)
で反射したS偏光成分のS偏光光(5)は直角プリズム
(8) (9)を通して回転するが元のS偏光光(5)
にされ合成用プリズム(lO)に出射され、合成用プリ
ズム(10)では共にS偏光光と成された三光束を屈折
させて液晶パネルのライトバルブ(11)上に合成させ
る様にしている。
に、この様な不定偏光光を従来一般に用いられている偏
光板によって直線偏光化すると、半分以上の出射光が吸
収されてロスとなって光の利用効率が低下する問題があ
った。この様な問題を解決するために、例えば1989
年電子情報通信学会秋季全国大会の論文C34「液晶プ
ロジェクタ高輝度投射光学系用偏光変換素子」には偏光
ビームスプリッタ(以下PBSと記す)を用いて直交二
偏光光を分離し、有効に光を利用する様にした偏光変換
素子が提案されている。この偏光変換素子の原理と構成
を第5図及び第6図について簡単に説明する。第5図は
偏光変換素子の原理図を示すものであり、第6図はその
具体的な構成図である。第5図及び第6図で光源(1)
は白色光源で不定偏光光が出射される。この不定偏光光
(2)はP B S (3)に入射され、P B S
(3)内で互に偏光方向が直交する直線偏光光であるP
偏光成分とS偏光成分のP偏光光(4)とS偏光光(5
)に分離される。P B S (3)を通過したP偏光
光(4)は2個の直角プリズム(6) (7)の斜面で
全反射する過程で回転し、偏光方向が90°回転し合成
用プリズム(10)に出射される。P B S (3)
で反射したS偏光成分のS偏光光(5)は直角プリズム
(8) (9)を通して回転するが元のS偏光光(5)
にされ合成用プリズム(lO)に出射され、合成用プリ
ズム(10)では共にS偏光光と成された三光束を屈折
させて液晶パネルのライトバルブ(11)上に合成させ
る様にしている。
この様な構成によると、偏光板のみに比べて不定偏光光
を直線偏光化する場合の変換能率を43.8%から95
,1%に向上することが出来ることが示される。
を直線偏光化する場合の変換能率を43.8%から95
,1%に向上することが出来ることが示される。
叙上の従来構成によれば不定偏光光を直線偏光化する場
合の変換能率を大幅に向上させ、且つ、液晶プロジェク
タを高輝度化し、装置の低消費電力化に有効な偏光変換
素子が得られるが、PBS等の他に4個のプリズムや合
成プリズム等を必要とし、装置が大型化し、光源と液晶
ライトバルブを一直線上に配置出来ない等の問題があっ
た。
合の変換能率を大幅に向上させ、且つ、液晶プロジェク
タを高輝度化し、装置の低消費電力化に有効な偏光変換
素子が得られるが、PBS等の他に4個のプリズムや合
成プリズム等を必要とし、装置が大型化し、光源と液晶
ライトバルブを一直線上に配置出来ない等の問題があっ
た。
本発明は叙上の問題点を解決するために成されたもので
、その目的とするところは、光源と液晶ライトバルブ迄
の光路を一直線上に配置することでアライメントが容易
で小型軽量化が出来る光源用偏光変換素子を得る様にし
たものである。
、その目的とするところは、光源と液晶ライトバルブ迄
の光路を一直線上に配置することでアライメントが容易
で小型軽量化が出来る光源用偏光変換素子を得る様にし
たものである。
本発明の光源用偏光変換素子はその1例が第1図に示さ
れている様に、不定偏光光を発光する光源(1)と、こ
の光源(1)からの不定偏光光(2)の入射面に平行な
P偏光成分と、垂直なS偏光成分に分離する偏光プリズ
ム(13)と、この偏光プリズム(13)からのS及び
P成分を複数のレンズ群の異なる位置に焦点を結像させ
る微小光学素子アレー(14)と、この微小光学素子ア
レー(14)からのS偏光成分又はP偏向成分をそのま
ま通過させ、P偏光成分又はS(A白成分を90度回転
させる移相子アレー(15)によって直交二偏光を一偏
光光に変換して成るものである。
れている様に、不定偏光光を発光する光源(1)と、こ
の光源(1)からの不定偏光光(2)の入射面に平行な
P偏光成分と、垂直なS偏光成分に分離する偏光プリズ
ム(13)と、この偏光プリズム(13)からのS及び
P成分を複数のレンズ群の異なる位置に焦点を結像させ
る微小光学素子アレー(14)と、この微小光学素子ア
レー(14)からのS偏光成分又はP偏向成分をそのま
ま通過させ、P偏光成分又はS(A白成分を90度回転
させる移相子アレー(15)によって直交二偏光を一偏
光光に変換して成るものである。
本発明の光源用偏光変換素子によれば光源(1)からの
不定偏光光(2)は偏光プリズム(13)でP及びS偏
光光の直線偏光光に成し、この偏光プリズム(13)よ
りの出射光をマイクロレンズアレーやレンティキュラ板
等の微小光学素子に結像させ、異なる点に結像したP及
びS偏光光を液晶等で構成した移相子アレー(15)に
入射させて、P偏光光又はS偏光光を90度回転させS
偏光光又はP偏光光をそのまま通過させることで移相子
アレー(15)から100%近いS偏光光又はP偏光光
を液晶ライトノ<ルブに供給する様にしたので光学素子
を光源と液晶ライトバルブに沿って直線的に並べるだけ
で済むので小型、軽量化及び光学系のアライメントが容
易なものが得られる。
不定偏光光(2)は偏光プリズム(13)でP及びS偏
光光の直線偏光光に成し、この偏光プリズム(13)よ
りの出射光をマイクロレンズアレーやレンティキュラ板
等の微小光学素子に結像させ、異なる点に結像したP及
びS偏光光を液晶等で構成した移相子アレー(15)に
入射させて、P偏光光又はS偏光光を90度回転させS
偏光光又はP偏光光をそのまま通過させることで移相子
アレー(15)から100%近いS偏光光又はP偏光光
を液晶ライトノ<ルブに供給する様にしたので光学素子
を光源と液晶ライトバルブに沿って直線的に並べるだけ
で済むので小型、軽量化及び光学系のアライメントが容
易なものが得られる。
以下、本発明の光学偏光変換素子を第1図乃至第4図に
ついて説明する。第1図は本例の光学偏光変換素子の一
実施例を示す光学系の模式図である。第1図で(1)は
点光源の如き、例えばメタルハライドランプ、Xeラン
プで、この光源(1)から出射した出射光は不定偏光光
(2)でパラボラ状の反射板(1〕で反射され、集光レ
ンズ(12)を介して偏光プリズム(13)の入射面(
13a) に入射される。上述の光源(1)には点光
源だけでなく、例えば、熱冷陰極蛍光ランプの如きライ
ン状の光源であってもよい。
ついて説明する。第1図は本例の光学偏光変換素子の一
実施例を示す光学系の模式図である。第1図で(1)は
点光源の如き、例えばメタルハライドランプ、Xeラン
プで、この光源(1)から出射した出射光は不定偏光光
(2)でパラボラ状の反射板(1〕で反射され、集光レ
ンズ(12)を介して偏光プリズム(13)の入射面(
13a) に入射される。上述の光源(1)には点光
源だけでなく、例えば、熱冷陰極蛍光ランプの如きライ
ン状の光源であってもよい。
偏光プリズム(13)としては第3図A、B、Cに示す
様にウオーラストンプリズム(Wallaston P
rism)、ローションプリズム(Rochon Pr
ism)、セナルモンプリズム(Senarmont
Pr15m> 等を用いることが出来る。これらのプ
リズムは不定偏光光が、これらを通過するとき、振動方
向が互に垂直な二つの射出光に別れ、その進行方向がウ
オーラストンプリズム(13b) では第3図への様
に入射光の方向に対して対称にP偏光光(4)とS偏光
光(5)が出射する。
様にウオーラストンプリズム(Wallaston P
rism)、ローションプリズム(Rochon Pr
ism)、セナルモンプリズム(Senarmont
Pr15m> 等を用いることが出来る。これらのプ
リズムは不定偏光光が、これらを通過するとき、振動方
向が互に垂直な二つの射出光に別れ、その進行方向がウ
オーラストンプリズム(13b) では第3図への様
に入射光の方向に対して対称にP偏光光(4)とS偏光
光(5)が出射する。
又、ローションプリズム(13c) では第3図已に
示す様に出射されたS偏光光(5)の進行方向は入射光
のS偏光成分と合致しているがP偏光光(4)はP偏光
成分の入射光とある角度を成す様に出射する。
示す様に出射されたS偏光光(5)の進行方向は入射光
のS偏光成分と合致しているがP偏光光(4)はP偏光
成分の入射光とある角度を成す様に出射する。
更にセナルモンプリズム(13d) は第3図Cに示
す様にローションプリズムと反対にP偏光光(4)の進
行方向は入射光のP偏向成分と合致しているが、S偏光
光(5)はS偏光成分の入射とある角度を成す様に出射
する様に構成されている。この様な偏光プリズム(13
)で偏光方向が直交する直線偏光光のP偏光光(4)と
S偏光光(5)に変えられたP及びS偏光光(4)及び
(5)はレンティキュラ板(14)に入射される。レン
ティキュラ板(14)は、はいの目レンズ板を二次元形
状に変形し、第1図に示す様に複数のカマボコ型レンズ
を縦方向に並べたもので通常では第4図Aに示す様に1
つのカマボコ型レンズ(14a) に入射したP又は
S偏光光(4)又は(5)はレンティキュラ板(14)
の裏面(14b> に焦点を結ぶ、同図でtは結像位
置、P′はレンティキュラ板のピッチを示している。第
4図Bの場合はカマボコ型レンズ(14a) に異な
った入射角でP又はS偏光光(4)又は(5)が入射角
度差βDで入射した場合を示すもので、レンティキュラ
板(14)の裏面(14tl) の異なる位置に結像
させた場合を示す。この場合に結像位置をtとすれば結
像位置の距離W。は次の様に求められる。
す様にローションプリズムと反対にP偏光光(4)の進
行方向は入射光のP偏向成分と合致しているが、S偏光
光(5)はS偏光成分の入射とある角度を成す様に出射
する様に構成されている。この様な偏光プリズム(13
)で偏光方向が直交する直線偏光光のP偏光光(4)と
S偏光光(5)に変えられたP及びS偏光光(4)及び
(5)はレンティキュラ板(14)に入射される。レン
ティキュラ板(14)は、はいの目レンズ板を二次元形
状に変形し、第1図に示す様に複数のカマボコ型レンズ
を縦方向に並べたもので通常では第4図Aに示す様に1
つのカマボコ型レンズ(14a) に入射したP又は
S偏光光(4)又は(5)はレンティキュラ板(14)
の裏面(14b> に焦点を結ぶ、同図でtは結像位
置、P′はレンティキュラ板のピッチを示している。第
4図Bの場合はカマボコ型レンズ(14a) に異な
った入射角でP又はS偏光光(4)又は(5)が入射角
度差βDで入射した場合を示すもので、レンティキュラ
板(14)の裏面(14tl) の異なる位置に結像
させた場合を示す。この場合に結像位置をtとすれば結
像位置の距離W。は次の様に求められる。
2ttan(αo/2)
但し、ここでα。はP及びS偏光光の出射角度差である
。
。
上述の場合はレンティキュラ(14)の裏面(14a)
に結像させた場合を説明したが、裏面(14a) でな
く、上述した式に基づいてtを自由に選択し、レンティ
キュラ1ffl(14)の裏面(14a) より外側
に焦点を結ばしてもよい。更にレンティキュラ板(14
)に限定されることなく、はいの目レンズ板や球状のガ
ラスピーズを多数配列したマイクロレンズアレー等を用
いることも出来る。本発明ではこれらを含めて微小光学
素子アレーと定義して説明を進める。この様な微小光学
素子アレー(14)の裏面(14a)に例えば、対接し
て、マイクロ移相子アレー(15)を接合させる。マイ
クロ移相子アレー(15)としては叙上の微小光学素子
アレー(14)によって異なる線又は点に結像したP及
びS偏光光が空間的に分離される場所に、そのピンチに
相当するピッチで透明電極(15a) が形成された
例えば、2枚のガラス基板(15b) 及び(15C
) 間にツイストネマチック(NT型)等の液晶(1
50) を挟み込んだ液晶素子を用いる。このマイク
ロ移相子アレー(15)の動作を第2図で説明する。第
2図は第1図とは異なる光学系の例を示しているが、第
1図と異なる点は集光レンズ(12)と偏光プリズム(
13)の位置が入れ換ったもので偏光プリズム(13)
でP及びS偏光成分に分離されたP及びS偏光光は集光
レンズ(12)を介して微小光学素子アレー(14)に
入射される。
に結像させた場合を説明したが、裏面(14a) でな
く、上述した式に基づいてtを自由に選択し、レンティ
キュラ1ffl(14)の裏面(14a) より外側
に焦点を結ばしてもよい。更にレンティキュラ板(14
)に限定されることなく、はいの目レンズ板や球状のガ
ラスピーズを多数配列したマイクロレンズアレー等を用
いることも出来る。本発明ではこれらを含めて微小光学
素子アレーと定義して説明を進める。この様な微小光学
素子アレー(14)の裏面(14a)に例えば、対接し
て、マイクロ移相子アレー(15)を接合させる。マイ
クロ移相子アレー(15)としては叙上の微小光学素子
アレー(14)によって異なる線又は点に結像したP及
びS偏光光が空間的に分離される場所に、そのピンチに
相当するピッチで透明電極(15a) が形成された
例えば、2枚のガラス基板(15b) 及び(15C
) 間にツイストネマチック(NT型)等の液晶(1
50) を挟み込んだ液晶素子を用いる。このマイク
ロ移相子アレー(15)の動作を第2図で説明する。第
2図は第1図とは異なる光学系の例を示しているが、第
1図と異なる点は集光レンズ(12)と偏光プリズム(
13)の位置が入れ換ったもので偏光プリズム(13)
でP及びS偏光成分に分離されたP及びS偏光光は集光
レンズ(12)を介して微小光学素子アレー(14)に
入射される。
夫々のP及びS偏光光は第1のガラス基板(15b)を
介して電極部(15a) と電極部間(15e)
に入射される。第2のガラス基板(15c) の電極
(15a) のピッチも第1のガラス基板(15b)
に設けられたものと同様に対向して設けられ、その
間に液晶(15d)が挿入されているので画電極(15
a) (15a) 間に所定の電圧を印加すれば第1
のガラス基板(15b) の透明の電極(15a)
部分を通過したS偏光光(又はP偏光光)はS偏光光
(又はP偏光光)のまま第2のガラス基板(15c)
の透明の電極(15a) に達する。−万雷極(1
5a) (15a)間に入射されたP偏光光(又はS偏
光光)は電圧が印加されていないので液晶によって90
度回転しS偏光光(又はP偏光光)に変換されて第2の
ガラス基板(15C) の電極間(15e) に表
れることになる。依って、すべての光をS偏光光にする
ことが出来る。当然のことながらカッコ内に示した様に
S偏光光を90度回転させればすべての光をP偏光光と
することが出来る。
介して電極部(15a) と電極部間(15e)
に入射される。第2のガラス基板(15c) の電極
(15a) のピッチも第1のガラス基板(15b)
に設けられたものと同様に対向して設けられ、その
間に液晶(15d)が挿入されているので画電極(15
a) (15a) 間に所定の電圧を印加すれば第1
のガラス基板(15b) の透明の電極(15a)
部分を通過したS偏光光(又はP偏光光)はS偏光光
(又はP偏光光)のまま第2のガラス基板(15c)
の透明の電極(15a) に達する。−万雷極(1
5a) (15a)間に入射されたP偏光光(又はS偏
光光)は電圧が印加されていないので液晶によって90
度回転しS偏光光(又はP偏光光)に変換されて第2の
ガラス基板(15C) の電極間(15e) に表
れることになる。依って、すべての光をS偏光光にする
ことが出来る。当然のことながらカッコ内に示した様に
S偏光光を90度回転させればすべての光をP偏光光と
することが出来る。
上述の構成ではマイクロ移相子アレーとして液晶素子を
用いた例を説明したがこの様なものに限定されることな
く、例えば水晶の様に旋光性を持った光学結晶をエンチ
ングして、レンティキュラ、よいの目レンズ或はマイク
ロレンズアレーに対応するパターンを微細加工して、マ
イクロ移相子アレーを形成することも出来、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である
。
用いた例を説明したがこの様なものに限定されることな
く、例えば水晶の様に旋光性を持った光学結晶をエンチ
ングして、レンティキュラ、よいの目レンズ或はマイク
ロレンズアレーに対応するパターンを微細加工して、マ
イクロ移相子アレーを形成することも出来、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で種々変更し得ることは勿論である
。
本発明の光源用偏光変換素子によれば極めて簡単な構造
で薄型・軽量で高効率光源が得られ、光源と表示用の液
晶素子とを直線上に配列出来るのでアライメントが容易
なものが得られる。
で薄型・軽量で高効率光源が得られ、光源と表示用の液
晶素子とを直線上に配列出来るのでアライメントが容易
なものが得られる。
第1図は本発明の一実施例を示す光源用偏光変換素子の
模式図、第2図は本発明の光源用偏光変換素子の他の実
施例を示す光学系の説明図、第3図は本発明の光源用偏
光変換素子に用いる偏光プリズムの斜視図、第4図は本
発明の光源用偏光変換素子に用いる微小光学素子の光学
系路説明図、第5図は従来の偏光変換素子の原理図、第
6図は従来の偏光変換素子の構成図である。 (1)は光源、(12)は集光レンズ、(13)は偏光
プリズム、(14〉はレンティキュラ等の微小光学素子
アレー、(15)はマイクロ移相子アレーである。 代 理 人 松 隈 秀 盛
模式図、第2図は本発明の光源用偏光変換素子の他の実
施例を示す光学系の説明図、第3図は本発明の光源用偏
光変換素子に用いる偏光プリズムの斜視図、第4図は本
発明の光源用偏光変換素子に用いる微小光学素子の光学
系路説明図、第5図は従来の偏光変換素子の原理図、第
6図は従来の偏光変換素子の構成図である。 (1)は光源、(12)は集光レンズ、(13)は偏光
プリズム、(14〉はレンティキュラ等の微小光学素子
アレー、(15)はマイクロ移相子アレーである。 代 理 人 松 隈 秀 盛
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 不定偏光光を発光する光源と、 該光源からの不定偏光光の入射面に平行なP偏光成分と
垂直なS偏光成分に分離する偏光プリズムと、 該偏光プリズムからのS及びP偏光成分を複数のレンズ
群の異なる位置に焦点を結像させる微小光学素子アレー
と、 該微小光学素子アレーからのS偏光成分又はP偏向成分
をそのまま通過させ、P偏光成分又はS偏向成分を90
度回転させる移相子アレーによって直交二偏光光を一偏
光光に変換して成ることを特徴とする光源用偏光変換素
子。
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