JPH0519208A

JPH0519208A - 偏光ビームスプリツタアレイ

Info

Publication number: JPH0519208A
Application number: JP3168546A
Authority: JP
Inventors: Masao Imai; 雅雄今井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-07-10
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1993-01-29
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3080693B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光束径が大きく、非常に強い光に使用する偏光
子を得る。【構成】偏光ビームスプリッタアレイ１は、複数の、例
として８個の偏光ビームスプリッタ２〜９で構成され
る。偏光ビームスプリッタ２〜９は、ｓ偏光光２７の反
射方向と平行な方向に隣接して配置する。隣合う偏光ビ
ームスプリッタ２〜９の偏光分離面１０〜１７は、互い
に直交するように配置する。入射光２０、２５のｐ偏光
成分は、偏光ビームスプリッタアレイ１を透過し、ｓ偏
光成分は反射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、不定偏光光から直線偏
光光を得る偏光ビームスプリッタアレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】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、ＴＮ（ツイステッド・ネマティッ
ク）液晶表示素子の表示画像を、光源と投射レンズを用
いて、スクリーン上に拡大投射する投射型液晶表示装置
である。

【０００３】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、キセノンランプ、メタルハライドラ
ンプ等を使用する場合、それらの光源から発生する光は
不定偏光光であり、従って、直線偏光光を得るには偏光
板や偏光ビームスプリッタ等の偏光子が用いられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の偏光板
を投射型液晶表示装置に用いる場合、偏光板の透過率が
５０％以下であるため、投射画面が暗くなってしまう。
投射画面を明るくするために輝度の高い光源を用いる
と、偏光板で吸収された光が熱に変わり、偏光板の温度
が非常に高くなる。偏光板は、ポリビニルアルコールフ
ィルムに沃素等を配向させて吸着させることにより偏光
膜を製作し、画面に保護のためにトリアセテートやアク
リル等のプラスチックシートを接着した構造であるため
耐熱性が弱く、温度上昇により性能が劣化する。従っ
て、輝度の高い光源を用いると、偏光板は熱により劣化
し、偏光度が低下する。偏光板の偏光度が低下すると、
投射画面のコントラストが低くなり、画質が著しく損な
われるという問題がある。

【０００５】一方、偏光ビームスプリッタは、二つの直
角プリズムの一方の斜面に誘電体多層膜からなる半透膜
をコートして斜面どおしを接合した構造であり、斜面に
おいて透過光と反射光とを互いに偏光方向が直交する二
つの直線偏光光として分離する。このような偏光ビーム
スプリッタは、材質がガラスと誘電体多層膜であり、耐
熱性に優れている。また、光をほとんど吸収しないの
で、高出力光源を使用しても、性能は劣化しない。しか
し、投射型液晶表示装置に使用する場合、光源からの投
射光束の直径が大きいので、大きなサイズの偏光ビーム
スプリッタを使用する必要がある。従って、光学系が大
きくなり、重量も重くなるため、投射装置の小型、軽量
化が困難になる。また、大きくて均質なガラス材を入手
するのにコストがかかり、装置コストの増加という問題
も生じる。

【０００６】本発明の目的は、非常に強い光を照射して
も性能が劣化せず、また投射装置の小型化、軽量化、低
コスト化に効果がある偏光子として使用できる偏光ビー
ムスプリッタアレイを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の偏光ビームスプリッタアレイは、不定偏光
光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光である
ｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光分離面が形成され
た複数の偏光ビームスプリッタを、前記偏光分離面が互
いに直交するように、前記ｓ偏光光の反射方向と平行な
方向に隣接して配置したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の上記構成によれば、偏光ビームスプリ
ッタに形成された偏光分離面において、偏光ビームスプ
リッタアレイに入射した不定偏光光は、ｐ偏光成分の光
はそのまま透過し、ｓ偏光成分の光は反射されることに
より、互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光に分
離される。ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタアレイを透
過し出射光となる。一方、反射したｓ偏光光は、隣接す
る偏光ビームスプリッタに入射し、再び偏光ビームスプ
リッタに形成された偏光分離面で反射される。ここで、
隣接する偏光ビームスプリッタどおしの偏光分離面は、
互いに直交しているので、結局ｓ偏光光は、不定偏光光
の入射方向と反対方向に出射する。同様に、偏光ビーム
スプリッタアレイを構成する全ての偏光ビームスプリッ
タに入射する不定偏光光は、上述の光路により、ｐ偏光
光はそのまま透過し、ｓ偏光光は入射方向と反対方向に
反射することになり、偏光ビームスプリッタアレイは、
偏光子として作用する。

【０００９】このような偏光ビームスプリッタアレイ
は、従来の偏光板と比べると、材質がガラスであるため
耐熱性に優れており、投射型液晶表示装置に使用する場
合、高輝度の光源が使用でき、投射画面を明るくするこ
とが可能になる。また、従来の偏光ビームスプリッタと
比べても、例えば、２個の偏光ビームスプリッタをアレ
イ状に配置すると、厚さ、並びに重量が半分になり、さ
らに１０個の偏光ビームスプリッタをアレイ状に配置す
ると、厚さ、並びに重量が１／１０になるというよう
に、投射型液晶表示装置に使用する場合、投射装置の小
型、軽量化に効果がある。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例を示す偏光ビーム
スプリッタアレイの斜視図である。

【００１１】この偏光ビームスプリッタアレイ１は、不
定偏光光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光光
であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離する偏光分離面１０
〜１７がそれぞれ形成された８個の偏光ビームスプリッ
タ２〜９で構成され、それらは、ｓ偏光光２７が反射す
る方向と平行な方向に隣接して配置されている。また、
隣合う偏光ビームスプリッタ２〜９の偏光分離面１０〜
１７は、それぞれ互いに直交するように配置されてい
る。

【００１２】図１に示した構成の、本発明に従う偏光ビ
ームスプリッタアレイ１が、偏光子として作用する原理
を図２を用いて説明する。図２は、図１の偏光ビームス
プリッタアレイ１の部分断面図であり、偏光ビームスプ
リッタ６、７の近傍を拡大している。図２において、偏
光ビームスプリッタ６と偏光ビームスプリッタ７には、
不定偏光光を互いに偏光方向が直交する２つの直線偏光
光に分離する偏光分離面１４と１５が、それぞれ入射光
２０と、２５に対し、４５°の角度で形成されている。
不定偏光光である入射光２０、２５が、偏光分離面１
４、１５にそれぞれ入射すると、ｐ偏光光２１、２６は
透過し、ｓ偏光光２２、２７は反射する。偏光ビームス
プリッタ６と偏光ビームスプリッタ７は、ｓ偏光光２
２、２７の反射方向と平行な方向に隣接し、偏光分離面
１４と偏光分離面１５が互いに直交するように配置され
ている。

【００１３】ここで、偏光ビームスプリッタ６に不定偏
光光である入射光２０が入射すると、偏光分離面１４に
おあいて、ｐ偏光光２１は透過し、ｓ偏光光２２は反射
して、２つの直線偏光光に分離される。ｐ偏光光２１
は、そのまま偏光ビームスプリッタ６を出射し、出射光
２３となる。一方、ｓ偏光光２２は、隣接する偏光ビー
ムスプリッタ７に入射し、偏光分離面１５において再び
反射され、偏光ビームスプリッタ７から出射する。偏光
分離面１４と偏光分離面１５は、互いに直交しているの
で、ｓ偏光光２２は、入射光２０と逆方向に伝搬する出
射光２４となる。同様に、偏光ビームスプリッタ７に不
定偏光光である入射光２５が入射すると、偏光分離面１
５において、ｐ偏光光２６は透過し、ｓ偏光光２７は反
射して、２つの直線偏光光に分離される。ｐ偏光光２６
は、そのまま偏光ビームスプリッタ７を出射し、出射光
２８となる。一方、ｓ偏光光２７は、隣接する偏光ビー
ムスプリッタ６に入射し、偏光分離面１４において再び
反射され、偏光ビームスプリッタ６から出射する。偏光
分離面１４と偏光分離面１５は、互いに直交しているの
で、ｓ偏光光２７は、入射光２５と逆方向に伝搬する出
射光２９となる。従って、偏光ビームスプリッタアレイ
１を構成する偏光ビームスプリッタ６、７は、ｐ偏光光
２１、２６を透過し、ｓ偏光光２２、２７を入射方向と
反対方向に反射することで、不定偏光光である入射光２
０、２５を、互いに偏光方向が直交する直線偏光光に分
離することができ、偏光子として作用する。

【００１４】以上の説明から明かなように、図１におけ
る偏光ビームスプリッタ２と３、４と５、８と９は、偏
光ビームスプリッタ６と７と同様に、ｐ偏光光を透過
し、ｓ偏光光を反射することで、不定偏光光を互いに偏
光方向が直交する２つの直線偏光光に分離できるので、
それら８個の偏光ビームスプリッタ２〜９で構成される
偏光ビームスプリッタアレイ１は、偏光子として作用す
る。

【００１５】図１に示した構成は、８個の偏光ビームス
プリッタ２〜９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。図
１において、偏光ビームスプリッタ２〜９は、それぞ
れ、２個の直角プリズムの一方の斜面に誘電体多層膜か
らなる半透膜をコートして斜面どおしを接合した構造で
あり、特に、可視光領域の波長の不定偏光光に対して、
十分にｐ偏光光とｓ偏光光とに分離できる性能を有する
ものを用いた。その消光比、すなわち透過光のｐ偏光成
分のｓ偏光成分の光の強度比は、１００：１以上であっ
た。隣合う偏光ビームスプリッタ２〜９は、それぞれ境
界面で反射光が生じないように、屈折率の整合をとった
接着剤で貼合わせている。接着剤の部分は、偏光を分離
する作用はなく、光を透過しないが、その厚さは１００
μｍ以下であり、偏光ビームスプリッタアレイ１の光の
入射面の面積に占める割合は１％以下となり、透過光量
の損失は非常に小さい。偏光ビームスプリッタアレイ１
の光の入射面、および出射面には、誘電体多層膜からな
る反射防止膜を施してある。それぞれの偏光ビームスプ
リッタ２〜９のサイズは、１０×６０×１０ｍｍであ
り、従って、偏光ビームスプリッタアレイ１のサイズ
は、８０×６０×１０ｍｍである。

【００１６】このような偏光ビームスプリッタアレイ
を、従来のプラスチックからなる偏光板と比べると、材
質ガラスと誘電体多層膜であるため耐熱性に優れてい
る。例えば、５００Ｗのキセノンランプからの放射光
を、偏光ビームスプリッタアレイに直接照射しても、透
過率、偏光度等の性能の経時変化は生じなかった。従っ
て、偏光ビームスプリッタアレイを投射型液晶表示装置
に使用する場合、高出力の光源を使用でき、投射画面を
明るくすることが可能になった。

【００１７】また、従来の偏光ビームスプリッタと比べ
ても、８個の偏光ビームスプリッタをアレイ状に配置す
ることにより、厚さ、並びに重量が１／８になり、液晶
表示装置に使用する場合、投射装置の小型、軽量化に効
果があった。さらに、各偏光ビームスプリッタは、サイ
ズの小さいガラスで製作でき、大きくて均質な晶材を入
手する必要がないため、コストを低減できた。

【００１８】以上、本実施例の説明において、偏光ビー
ムスプリッタの個数は、２個以上であれば同様の効果が
得られる。また、偏光ビームスプリッタアレイは、偏光
分離面に垂直な面で分離した偏光ビームスプリッタを用
いて構成することも可能である。偏光ビームスプリッタ
アレイから出射する直線偏光光の偏光方向を変える場合
には、偏光ビームスプリッタアレイを、光の入射方向を
軸に回転させると、所望の偏光方向を持つ直線偏光光が
得られる。さらに、出射光の偏光度を向上させるため
に、出射光の光路中に従来の偏光板を挿入しても良い。
この場合、偏光板に入射する光は、あらかじめ直線偏光
化されているので、偏光ビームスプリッタアレイは、偏
光板の光の吸収による熱の発生、並びに、それに伴う性
能の劣化を低減する効果もある。なお、本発明の偏光ビ
ームスプリッタアレイは、投射型液晶表示装置のみなら
ず、偏光光を使用する機器や装置に対して有効である。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
非常に強い光を照射しても性能が劣化しない偏光子とし
て使用できる、軽量、薄型の偏光ビームスプリッタアレ
イを得ることができた。本偏光ビームスプリッタアレイ
は、投射型液晶表示装置において、高出力光源の使用を
可能にし、投射画面の高輝度化を実現でき、さらに、偏
光光を使用する機器や装置の小型化、軽量化、低コスト
化にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す偏光ビームスプリッタア
レイの斜視図。

【図２】本発明の実施例を示す偏光ビームスプリッタア
ルイの部分断面図。

【符号の説明】

１偏光ビームスプリッタアレイ２〜９偏光ビームスプリッタ１０〜１７偏光分離面２０，２５入射光２１，２６ｐ偏光光２２，２７ｓ偏光光２３，２４，２８，２９出射光

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】不定偏光光を互いに偏光方向が直交する
２つの直線偏光光であるｐ偏光光とｓ偏光光とに分離す
る偏光分離面が形成された複数の偏光ビームスプリッタ
を、前記偏光分離面が互いに直交するように、前記ｓ偏
光光の反射方向と平行な方向に隣接して配置したことを
特徴とする偏光ビームスプリッタアレイ。