JPH04267203A - 偏光変換素子 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直線偏光光を利用する装
置に用いて好適な、ランダム偏光を一方向の偏光軸を持
つ直線偏光に変換する偏光変換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ランダム偏光から一方向の直線偏
光光を得る方法として、特開平２−１８９５０４のよう
に偏光ビームスプリッタとミラーと１／２波長板の組合
せを用いて偏光軸を揃える偏光変換素子が考案されてい
る。また１９８９年電子情報通信学会秋季全国大会講演
論文集、分冊５、Ｃ−３４のようなプリズムの組合せに
よる偏光変換素子も考案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の偏光変
換素子では前者においては光源から被照射面までの距離
が二つの偏光成分において異なり、被照射面において照
度差が生じ、更に合成した場合には色ムラとなって現わ
れる。また後者においては、光路長が異なるうえに光学
系が複雑で大型になるという問題点を有している。

【０００４】そこで、本発明は以上のような問題点を解
決するものであって、その目的とするところは、小型で
二つの偏光軸に対して光路長を等しくし照度差の無い偏
光変換素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の偏光変換素子は
光源からのランダム偏光を偏光軸が互いに直交する二つ
の直線偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタと、少
なくとも一方の直線偏光成分の偏光軸を回転させ、二つ
の偏光軸を一致させる手段とを有する偏光変換素子にお
いて、前記偏光ビームスプリッタはケスタプリズムであ
ることを特徴とする。

【０００６】

【実施例】（実施例１）図１は本発明の偏光変換素子の
一実施例を示す断面図である。二つの偏光軸を一致させ
る手段として、１／２波長板７を用いた構成である。

【０００７】光源１より出射されるランダム偏光２はケ
スタプリズム３に入射し、次に偏光分離層４に入射し、
Ｓ偏光光５は反射しＰ偏光光６は透過し、それぞれ斜面
で全反射し方向を変え出射する。出射した光のうちＰ偏
光光６のみ１／２波長板７に入射し、偏光軸をＳ偏光光
５と同一方向として出射する。なお逆にＳ偏光光５のみ
が１／２波長板７に入射して、偏光軸をＰ偏光光６と同
一方向として出射するように構成してもよい。

【０００８】ここでケスタプリズム３は６０度と３０度
の角度を持つ直角プリズムを２つ光学的に貼り合わせた
物である。どちらか一方のプリズムの接着面に偏光分離
層４を構成してあり、貼り合わせると正三角柱になる。 偏光分離層４は誘電体多層膜で、ケスタプリズム３の硝
材の屈折率と光の入射角度（ここでは３０度）を考慮し
て最適な膜設計がされている。光の入射面及び出射面に
は反射防止膜を形成し、不要な光のロスを防いでいる。 さらに入射面及び出射面に対して光は垂直で通過するこ
とになるため、界面での屈折の影響がなく光のロスもな
い上に、Ｓ偏光光５とＰ偏光光６の強度の差はなくなる
。

【０００９】１／２波長板７は、応力による残留歪の光
弾性効果を用いた安価なプラスティックシートや、雲母
や水晶などの複屈折結晶の厚みをコントロールして研磨
して構成される。ここでは波長依存性が非常に低い雲母
の波長板を用いたことで、二つの偏光光の差を小さくし
た。１／２波長板７は、その光軸と入射する直線偏光の
偏光軸とのなす角度の２倍の角度だけ偏光軸を回転する
ことができるため、ケスタプリズム３から出射する光の
偏光軸に対して４５度の光軸で設置すると、９０度偏光
軸が回転する。そのためＳ偏光光５をＰ偏光光６に、あ
るいはＰ偏光光６をＳ偏光光５に変換することができる
。

【００１０】また光源１は、誘電体多層膜や全反射角を
利用することから平行性の高いことが望ましいし、ケス
タプリズム３の面精度も高い方がよい。

【００１１】図２は出射した偏光光を合成するために、
合成プリズム８を加えた構成図である。出射したそれぞ
れの偏光光は合成プリズム８で屈折して、同一の場所を
照射することができる。この構成の場合屈折の影響から
、Ｓ偏光光５をＰ偏光光６に変換した方が効率がよい。 片側の偏光光のみ１／２波長板７を通過するため、わず
かな波長特性の違いから合成光はわずかな色づきが生じ
る。

【００１２】（実施例２）図３は本発明の偏光変換素子
の他の実施例を示す斜視図である。偏光ビームスプリッ
タとして実施例１と同じケスタプリズム３を用い、やは
り二つの偏光軸を一致させる手段として、１／２波長板
７を用いた構成であるが、ケスタプリズム３の出射側の
両方の光路中に、光軸をずらした二枚の１／２波長板７
を挿入している。

【００１３】１／２波長板７の光軸はそれぞれ時計回り
にＳ偏光光５の偏光軸に対しては２２．５度の光軸で、
Ｐ偏光光６の偏光軸に対しては６７．５度の光軸で設置
している。こうして両方の偏光光の偏光軸はそれぞれ４
５度、１３５度回転し、ケスタプリズム３出射直後のＳ
偏光光５の偏光軸に対して４５度となり偏光軸が一致す
る。前述したように、１／２波長板７は偏光軸を２倍回
転することが出来るので、二枚の１／２波長板７の光軸
は４５度ずれていれば９０度ずれている二つの偏光光の
偏光軸を一致させることができる。なお図中の矢印は偏
光軸で、点線は１／２波長板７の光軸である。また実施
例１と同様に合成しても何等問題はなく、二つの偏光光
ともに光路長が等しく、１／２波長板７を通過すること
で、照度ムラと波長特性が一致するため色ムラの発生が
ない。

【００１４】（実施例３）二つの偏光軸を一致させる手
段として、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｎｅｍａｔｉｃ）
液晶素子９を用いた構成である。実施例１と同様な構成
では、ＴＮ液晶素子９はツイスト角が９０度の物を、光
軸を一致させて１／２波長板７の代わりにどちらか一方
の光路に挿入して図１と同様な構成にすればよい。

【００１５】また実施例２と同様な構成では、例えば４
５度のツイスト角でツイスト方向を変えた（時計回りと
反時計回り）二枚のＴＮ液晶素子９を用いて、図３のよ
うにそれぞれの光路に光軸を一致させて挿入すればよい
。ツイスト方向が同一の場合は９０度ツイスト角が異な
っていればよい（例えば４５度と１３５度）。

【００１６】ＴＮ液晶素子９は、液晶の屈折率異方性を
利用しており、液晶分子の長軸方向に沿って入射した偏
光光は、液晶分子のねじれ（ツイスト）に従って偏光軸
を回転し、出射するものである。このようにＴＮ液晶素
子９は自由にツイスト角とツイスト方向を選べるので、
偏光軸を一致させる方向であればどの様な角度でも、ど
の様な方向であってもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上に述べたように本発明の偏光変換素
子は、偏光ビームスプリッタとしてケスタプリズムを用
いているために、偏光分離した二つの偏光光の光路長が
等しくなるため、被照射面において照度ムラの発生がな
い。とりわけ合成して用いる場合においても色ムラが発
生しない。

【００１８】そのため、本発明の偏光変換素子は、特定
の直線偏光を必要とする液晶表示素子や液晶プリンター
の光源部としての応用に最も効果的である。

【００１９】さらには構成部品が少なくてすむため、小
型で低価格であるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光変換素子の一実施例を示す断面図
である。

【図２】本発明の偏光変換素子を用いて偏光光を合成す
る場合の構成図である。

【図３】本発明の偏光変換素子の他の実施例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１　　光源 ２　　ランダム偏光 ３　　ケスタプリズム ４　　偏光分離層 ５　　Ｓ偏光光 ６　　Ｐ偏光光 ７　　１／２波長板 ８　　合成プリズム ９　　ＴＮ液晶素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光源からのランダム偏光を偏光軸が互
   いに直交する二つの直線偏光成分に分離する偏光ビーム
   スプリッタと、少なくとも一方の直線偏光成分の偏光軸
   を回転させ、二つの偏光軸を一致させる手段とを有する
   偏光変換素子において、前記偏光ビームスプリッタはケ
   スタプリズムであることを特徴とする偏光変換素子。