JPH0522734A - 板状偏光素子および該素子を備える画像投影装置 - Google Patents
板状偏光素子および該素子を備える画像投影装置Info
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- JPH0522734A JPH0522734A JP3176735A JP17673591A JPH0522734A JP H0522734 A JPH0522734 A JP H0522734A JP 3176735 A JP3176735 A JP 3176735A JP 17673591 A JP17673591 A JP 17673591A JP H0522734 A JPH0522734 A JP H0522734A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 板状偏光素子および該素子を備える画像投影
装置を、光の利用効率の向上および画像投影装置のコン
パクト化が図れるようにする。 【構成】 板状偏光素子の単位20は、3つの入射側プ
リズム211 〜213 と、2つの出射側プリズム2
21,222と、第1の入射側プリズム211 と第1およ
び第2の出射側プリズム221,222との接触面にそれ
ぞれ設けられた第1,第2の1/4波長板231,232
および第1,第2の偏光分離作用膜241,242と、第
2の入射側プリズム212 と第1の出射側プリズム22
1 との接触面に形成された第1の全反射ミラー251
と、第3の入射側プリズム213 と第2の出射側プリズ
ム222 との接触面に形成された第2の全反射ミラー2
52 と、第2および第3の入射側プリズム212,213
の入射面にそれぞれ形成された第1および第2の反射
体261,262とからなる。
装置を、光の利用効率の向上および画像投影装置のコン
パクト化が図れるようにする。 【構成】 板状偏光素子の単位20は、3つの入射側プ
リズム211 〜213 と、2つの出射側プリズム2
21,222と、第1の入射側プリズム211 と第1およ
び第2の出射側プリズム221,222との接触面にそれ
ぞれ設けられた第1,第2の1/4波長板231,232
および第1,第2の偏光分離作用膜241,242と、第
2の入射側プリズム212 と第1の出射側プリズム22
1 との接触面に形成された第1の全反射ミラー251
と、第3の入射側プリズム213 と第2の出射側プリズ
ム222 との接触面に形成された第2の全反射ミラー2
52 と、第2および第3の入射側プリズム212,213
の入射面にそれぞれ形成された第1および第2の反射
体261,262とからなる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、板状偏光素子および該
素子を備える画像投影装置に関する。
素子を備える画像投影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、この種の画像投影装置の従来
例の一つを示す要部構成図である。
例の一つを示す要部構成図である。
【0003】この画像投影装置は、ハロゲンランプ,メ
タルハライドランプなどからなる、非偏光光を発する光
源101 と、光源101 から発せられた非偏光光の一部を反
射する反射ミラー102 と、光源101 から直接または反射
ミラー102 を介して入射される非偏光光の熱線を吸収ま
たは反射する熱線カットフィルタ103 と、熱線が除去さ
れた非偏光光を非偏光平行光に変換するコンデンサレン
ズ104 と、非偏光平行光を直線偏光光に変換する偏光板
105 と、直線偏光光をビデオ信号に応じて変調すること
により画像を発生せしめる画像発生器である液晶ライト
バルブ107 と、液晶ライトバルブ107 で変調された直線
偏光光のうちその透過軸方向の成分のみを透過する偏光
板108 と、偏光板108 を透過した直線偏光光をスクリー
ン(不図示)に投射して前記画像を投影する投影光学系
である投写レンズ110 とからなる。
タルハライドランプなどからなる、非偏光光を発する光
源101 と、光源101 から発せられた非偏光光の一部を反
射する反射ミラー102 と、光源101 から直接または反射
ミラー102 を介して入射される非偏光光の熱線を吸収ま
たは反射する熱線カットフィルタ103 と、熱線が除去さ
れた非偏光光を非偏光平行光に変換するコンデンサレン
ズ104 と、非偏光平行光を直線偏光光に変換する偏光板
105 と、直線偏光光をビデオ信号に応じて変調すること
により画像を発生せしめる画像発生器である液晶ライト
バルブ107 と、液晶ライトバルブ107 で変調された直線
偏光光のうちその透過軸方向の成分のみを透過する偏光
板108 と、偏光板108 を透過した直線偏光光をスクリー
ン(不図示)に投射して前記画像を投影する投影光学系
である投写レンズ110 とからなる。
【0004】図13は、この種の画像投影装置の他の従
来例を示す要部構成図である。
来例を示す要部構成図である。
【0005】この画像投影装置は、図12に示した画像
投影装置の2つの偏光板105,108の代わりに、2つの偏
光ビームスプリッタ106,109を液晶ライトバルブ107 の
前後にそれぞれ配置したものである。
投影装置の2つの偏光板105,108の代わりに、2つの偏
光ビームスプリッタ106,109を液晶ライトバルブ107 の
前後にそれぞれ配置したものである。
【0006】図12および図13に示した画像投影装置
は、光源101 から発せられた非偏光光のうち偏光板105
または偏光ビームスプリッタ106 を透過した直線偏光光
のみを液晶ライトバルブ107 の照明光として利用するた
め、偏光板105 または偏光ビームスプリッタ106を透過
しない直線偏光光が損失となり、光の利用効率が50%
以下になるという欠点がある。
は、光源101 から発せられた非偏光光のうち偏光板105
または偏光ビームスプリッタ106 を透過した直線偏光光
のみを液晶ライトバルブ107 の照明光として利用するた
め、偏光板105 または偏光ビームスプリッタ106を透過
しない直線偏光光が損失となり、光の利用効率が50%
以下になるという欠点がある。
【0007】この欠点を解消した画像投影装置として、
図14に示す特開昭61−90584号公報に記載され
ているものがある。
図14に示す特開昭61−90584号公報に記載され
ているものがある。
【0008】この画像投影装置では、コンデンサレンズ
104 から出射される非偏光平行光は偏光ビームスプリッ
タ111 に入射し、偏光ビームスプリッタ111 の作用面
(2つの直角プリズムが互いに接着された斜面に形成さ
れた蒸着膜)111aでP偏光光L P はそのまま透過し、S
偏光光LS は上方に直角に反射して全反射プリズム112
に入射する。S偏光光LS は全反射プリズム112 で右方
に直角に反射されることにより、偏光ビームスプリッタ
111 を透過してくるP偏光光LP と同一方向に全反射プ
リズム112 から出射される。ここで、S偏光光LS とは
偏光ビームスプリッタ111 の作用面111aに平行な偏光面
を有する直線偏光光のことであり、P偏光光LP とはS
偏光成分LS と直交する偏光面を有する直線偏光光のこ
とである。全反射プリズム112 の出射側には1/2波長
板113 が配置され、全反射プリズム112 より出射された
S偏光光LS は、1/2波長板113 を透過することによ
り偏光面が90°回転され、P偏光光LP *に変換され
る。また、偏光ビームスプリッタ111 および1/2波長
板113 の出射側にはそれぞれ光路変更用のクサビ型レン
ズ114,115が配置され、偏光ビームスプリッタ111 を透
過してくるP偏光光LPおよび1/2波長板113 で変換
されたP偏光光LP *は光路が変更され、液晶ライトバル
ブ117 の入射側の面上の点P0 で交差して合成光とな
る。
104 から出射される非偏光平行光は偏光ビームスプリッ
タ111 に入射し、偏光ビームスプリッタ111 の作用面
(2つの直角プリズムが互いに接着された斜面に形成さ
れた蒸着膜)111aでP偏光光L P はそのまま透過し、S
偏光光LS は上方に直角に反射して全反射プリズム112
に入射する。S偏光光LS は全反射プリズム112 で右方
に直角に反射されることにより、偏光ビームスプリッタ
111 を透過してくるP偏光光LP と同一方向に全反射プ
リズム112 から出射される。ここで、S偏光光LS とは
偏光ビームスプリッタ111 の作用面111aに平行な偏光面
を有する直線偏光光のことであり、P偏光光LP とはS
偏光成分LS と直交する偏光面を有する直線偏光光のこ
とである。全反射プリズム112 の出射側には1/2波長
板113 が配置され、全反射プリズム112 より出射された
S偏光光LS は、1/2波長板113 を透過することによ
り偏光面が90°回転され、P偏光光LP *に変換され
る。また、偏光ビームスプリッタ111 および1/2波長
板113 の出射側にはそれぞれ光路変更用のクサビ型レン
ズ114,115が配置され、偏光ビームスプリッタ111 を透
過してくるP偏光光LPおよび1/2波長板113 で変換
されたP偏光光LP *は光路が変更され、液晶ライトバル
ブ117 の入射側の面上の点P0 で交差して合成光とな
る。
【0009】したがって、この画像投影装置では、偏光
ビームスプリッタ111 で分離されたS偏光光LS および
P偏光光LP の両方で液晶ライトバルブ117 を照明する
ことができるため、図8および図9に示した画像投影装
置よりも光の利用効率を倍にすることができる。
ビームスプリッタ111 で分離されたS偏光光LS および
P偏光光LP の両方で液晶ライトバルブ117 を照明する
ことができるため、図8および図9に示した画像投影装
置よりも光の利用効率を倍にすることができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
昭61−90584号公報記載の画像投影装置は、P偏
光光LP と1/2波長板113 で変換されたP偏光光LP *
とを 図14に示す角度θをもって液晶ライトバルブ11
7 にそれぞれ入射させるため、入射角による特性劣化が
大きい液晶ライトバルブ117 を使用する場合には、クサ
ビ型レンズ114,115から液晶ライトバルブ117 までの距
離をかなり大きくとり、入射角を小さくする必要がある
という欠点がある。
昭61−90584号公報記載の画像投影装置は、P偏
光光LP と1/2波長板113 で変換されたP偏光光LP *
とを 図14に示す角度θをもって液晶ライトバルブ11
7 にそれぞれ入射させるため、入射角による特性劣化が
大きい液晶ライトバルブ117 を使用する場合には、クサ
ビ型レンズ114,115から液晶ライトバルブ117 までの距
離をかなり大きくとり、入射角を小さくする必要がある
という欠点がある。
【0011】この欠点を解消する方法としては、図14
のクサビ型レンズ114,115を取り除き、P偏光光LP と
1/2波長板113で変換されたP偏光光LP *とを互いに
平行のまま液晶ライトバルブ117 に入射させる並列照明
方式が考えられる。しかし、この並列照明方式を特開昭
61−90584号公報記載の画像投影装置に適用して
も、光源111 が完全な点光源あるいは線光源でない限
り、コンデンサレンズ104 から出射される非偏光平行光
は完全なものでないため、前記2つのP偏光成分LP,
LP * も完全に平行なものとはならない。このことを図
15を用いて説明する。
のクサビ型レンズ114,115を取り除き、P偏光光LP と
1/2波長板113で変換されたP偏光光LP *とを互いに
平行のまま液晶ライトバルブ117 に入射させる並列照明
方式が考えられる。しかし、この並列照明方式を特開昭
61−90584号公報記載の画像投影装置に適用して
も、光源111 が完全な点光源あるいは線光源でない限
り、コンデンサレンズ104 から出射される非偏光平行光
は完全なものでないため、前記2つのP偏光成分LP,
LP * も完全に平行なものとはならない。このことを図
15を用いて説明する。
【0012】有限な径φをもつ光源101 から発せられる
非偏光光は 距離Lを隔てて配置されたコンデンサレン
ズ104 により集束されるが、コンデンサレンズ104 の出
射光は完全な平行光とはならず、角度2ω(ω=tan
-1{(φ/2)/L})の範囲で拡がりをもつ非平行光
となる。この非平行光のうち光線αは、偏光ビームスプ
リッタ111 の作用を受けずに1/2波長板113 に入射す
るため、1/2波長板113 からS偏光光およびP偏光光
をともに含んだまま出射する。また、光線βは、偏光ビ
ームスプリッタ111 でS偏光光LS となるが、全反射プ
リズム112 で反射されたのち、再び偏光ビームスプリッ
タ111 で反射され、光線β1 で示すように全く別の位置
からP偏光光LP *として1/2波長板113 から出射する
か、図15に光線β2 で示すように1/2波長板113 の
界面で吸収されたりそのまま透過するため損失光とな
る。
非偏光光は 距離Lを隔てて配置されたコンデンサレン
ズ104 により集束されるが、コンデンサレンズ104 の出
射光は完全な平行光とはならず、角度2ω(ω=tan
-1{(φ/2)/L})の範囲で拡がりをもつ非平行光
となる。この非平行光のうち光線αは、偏光ビームスプ
リッタ111 の作用を受けずに1/2波長板113 に入射す
るため、1/2波長板113 からS偏光光およびP偏光光
をともに含んだまま出射する。また、光線βは、偏光ビ
ームスプリッタ111 でS偏光光LS となるが、全反射プ
リズム112 で反射されたのち、再び偏光ビームスプリッ
タ111 で反射され、光線β1 で示すように全く別の位置
からP偏光光LP *として1/2波長板113 から出射する
か、図15に光線β2 で示すように1/2波長板113 の
界面で吸収されたりそのまま透過するため損失光とな
る。
【0013】したがって、上述した特開昭61−905
84号公報記載の画像投影装置は、並列照明方式で使用
するには問題があるため、クサビ型レンズ114,115が必
須となるが、液晶ライトバルブ117 の光入射角特性を考
慮すると、図14に示す角度θをあまり大きくすること
ができず、クサビ型レンズ114,115と液晶ライトバルブ
117 との距離を一定値以上小さくすることができないの
で、装置全体のコンパクト化を妨げるとともに、光源10
1 と液晶ライトバルブ117 との距離の増加に伴う照明効
率(光の利用率)の低下を招くという欠点がある。
84号公報記載の画像投影装置は、並列照明方式で使用
するには問題があるため、クサビ型レンズ114,115が必
須となるが、液晶ライトバルブ117 の光入射角特性を考
慮すると、図14に示す角度θをあまり大きくすること
ができず、クサビ型レンズ114,115と液晶ライトバルブ
117 との距離を一定値以上小さくすることができないの
で、装置全体のコンパクト化を妨げるとともに、光源10
1 と液晶ライトバルブ117 との距離の増加に伴う照明効
率(光の利用率)の低下を招くという欠点がある。
【0014】また、上述した特開昭61−90584号
公報記載の画像投影装置は、偏光ビームスプリッタ111
および全反射プリズム112 などが必要であるため、図1
2に示したものよりも装置全体が大きくなるという欠点
がある。
公報記載の画像投影装置は、偏光ビームスプリッタ111
および全反射プリズム112 などが必要であるため、図1
2に示したものよりも装置全体が大きくなるという欠点
がある。
【0015】本発明の目的は、光源から発せられた非偏
光光を損失なく画像発生器に入射させることができると
ともに、画像投影装置のコンパクト化が図れる板状偏光
素子および該素子を備える画像投影装置を提供すること
にある。
光光を損失なく画像発生器に入射させることができると
ともに、画像投影装置のコンパクト化が図れる板状偏光
素子および該素子を備える画像投影装置を提供すること
にある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明の板状偏光素子
は、光源手段より出射された非偏光光を偏光光に変換す
る単位が、複数並べられて構成された板状偏光素子であ
って、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光
面が直交する反射光および透過光に分割する分割部と、
前記反射光および前記透過光の一方を反射して他方の進
行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部と、前記反射光お
よび前記透過光の少なくとも一方の偏光面を変化させて
両者の偏光面を一致させる変調部と、前記分割部に入射
する以外の前記非偏光光の他の部分を反射して前記光源
手段に戻す反射手段とを有し、該反射手段で反射された
前記非偏光光の他の部分を前記光源手段を介して前記分
割部で受ける。
は、光源手段より出射された非偏光光を偏光光に変換す
る単位が、複数並べられて構成された板状偏光素子であ
って、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光
面が直交する反射光および透過光に分割する分割部と、
前記反射光および前記透過光の一方を反射して他方の進
行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部と、前記反射光お
よび前記透過光の少なくとも一方の偏光面を変化させて
両者の偏光面を一致させる変調部と、前記分割部に入射
する以外の前記非偏光光の他の部分を反射して前記光源
手段に戻す反射手段とを有し、該反射手段で反射された
前記非偏光光の他の部分を前記光源手段を介して前記分
割部で受ける。
【0017】ここで、前記分割部が、各々が前記非偏光
光に対してほぼ同じ角度の傾きをもち一方からの反射光
が他方へ向かうよう互いに向き合う一対の分割面にそれ
ぞれ設けられた偏光分離作用膜であり、前記変調部が、
前記一対の分割面の互いに向き合う面の前記偏光分離作
用膜と反対側にそれぞれ設けられた1/4波長板であ
り、前記反射部が、前記一対の分割面の一方からの反射
光を他方の分割面に設けられた前記1/4波長板および
前記偏光分離作用膜を介して反射する、前記一対の分割
面を挟む一対の反射面であってもよい。
光に対してほぼ同じ角度の傾きをもち一方からの反射光
が他方へ向かうよう互いに向き合う一対の分割面にそれ
ぞれ設けられた偏光分離作用膜であり、前記変調部が、
前記一対の分割面の互いに向き合う面の前記偏光分離作
用膜と反対側にそれぞれ設けられた1/4波長板であ
り、前記反射部が、前記一対の分割面の一方からの反射
光を他方の分割面に設けられた前記1/4波長板および
前記偏光分離作用膜を介して反射する、前記一対の分割
面を挟む一対の反射面であってもよい。
【0018】また、前記1/4波長板の代わりに、1/
2波長板が前記一対の分割面の間に設けられていてもよ
い。
2波長板が前記一対の分割面の間に設けられていてもよ
い。
【0019】さらに、前記1/2波長板が前記一対の分
割面の間の光路の中間に配されていてもよい。
割面の間の光路の中間に配されていてもよい。
【0020】前記分割部が前記非偏光光に対して斜設さ
れ、前記反射部が前記分割部に対して平行に配され、前
記変調部として1/2波長板が前記反射光の光路に配さ
れていてもよい。
れ、前記反射部が前記分割部に対して平行に配され、前
記変調部として1/2波長板が前記反射光の光路に配さ
れていてもよい。
【0021】また、前記1/2波長板は、前記反射部で
反射された前記反射光の光路に配されていてもよい。
反射された前記反射光の光路に配されていてもよい。
【0022】前記1/2波長板は、前記分割部と前記反
射部との間に配されていてもよい。さらに、前記分割部
が前記非偏光光に対して斜設され、前記反射部が前記分
割部に対して平行に配され、前記変調部として1/2波
長板が前記透過光の光路に配されていてもよい。
射部との間に配されていてもよい。さらに、前記分割部
が前記非偏光光に対して斜設され、前記反射部が前記分
割部に対して平行に配され、前記変調部として1/2波
長板が前記透過光の光路に配されていてもよい。
【0023】本発明の画像投影装置は、非偏光光を発す
る光源と、該光源からの非偏光光を偏光光に変換する照
明光学系と、前記偏光光をビデオ信号に応じて変調する
ことにより画像を発生せしめる画像発生器と、前記画像
を投影する投影光学系とを備える画像投影装置におい
て、前記照明光学系が、本発明の板状偏光素子を有す
る。
る光源と、該光源からの非偏光光を偏光光に変換する照
明光学系と、前記偏光光をビデオ信号に応じて変調する
ことにより画像を発生せしめる画像発生器と、前記画像
を投影する投影光学系とを備える画像投影装置におい
て、前記照明光学系が、本発明の板状偏光素子を有す
る。
【0024】または、非偏光光を発する光源と、該光源
からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記
偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を
発生せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光
学系とを備える画像投影装置において、前記画像発生器
が、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3個の発生器
を有し、前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青
の各色の非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非
偏光光の光路のそれぞれに設けられた本発明の板状偏光
素子とを有する。
からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記
偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を
発生せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光
学系とを備える画像投影装置において、前記画像発生器
が、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3個の発生器
を有し、前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青
の各色の非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非
偏光光の光路のそれぞれに設けられた本発明の板状偏光
素子とを有する。
【0025】または、非偏光光を発する光源と、該光源
からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記
偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を
発生せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光
学系とを備える画像投影装置において、前記画像発生器
が、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3個の発生器
を有し、前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青
の各色の非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非
偏光光のうち2色の非偏光光の共通光路および他の1色
の非偏光光の光路のそれぞれに設けられた本発明の板状
偏光素子とを有する。
からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記
偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を
発生せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光
学系とを備える画像投影装置において、前記画像発生器
が、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3個の発生器
を有し、前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青
の各色の非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非
偏光光のうち2色の非偏光光の共通光路および他の1色
の非偏光光の光路のそれぞれに設けられた本発明の板状
偏光素子とを有する。
【0026】
【作用】本発明の板状偏光素子は、各単位ごとに分割部
と反射部と変調部とを有するため、各単位ごとに非偏光
光である入射光を偏光光に変換できるとともに、各単位
に入射してくる入射光の光束を非常に小さくすることが
できるため、各単位の入射光の進行方向に対する大きさ
を非常に小さくすることができるので、板状偏光素子の
コンパクト化が図れる。また、分割部に入射する以外の
入射光を反射手段で反射して光源に戻すことにより、該
入射光を光源で反射させて分割部に入射させるようにで
きる。
と反射部と変調部とを有するため、各単位ごとに非偏光
光である入射光を偏光光に変換できるとともに、各単位
に入射してくる入射光の光束を非常に小さくすることが
できるため、各単位の入射光の進行方向に対する大きさ
を非常に小さくすることができるので、板状偏光素子の
コンパクト化が図れる。また、分割部に入射する以外の
入射光を反射手段で反射して光源に戻すことにより、該
入射光を光源で反射させて分割部に入射させるようにで
きる。
【0027】本発明の画像投影装置は、照明光学系が本
発明の板状偏光素子を有するため、光源から発せられた
非偏光光をほとんど損失なく板状偏光素子で偏光光に変
換することができるため、光の利用効率を向上させるこ
とができるとともに、偏光素子の形状を板状とすること
ができ、板状偏光素子と画像発生器との間の距離を小さ
くすることができるため、装置全体のコンパクト化が図
れる。また、カラー画像の場合には、赤,緑,青の各色
の非偏光光の光路のそれぞれに本発明の板状偏光素子を
設けることにより、板状偏光素子の波長依存性を補償す
ることができるため、光の利用効率をさらに向上させる
ことができる。なお、この場合には、赤,緑,青の各色
の非偏光光のうち2色の非偏光光の共通光路および他の
1色の非偏光光の光路のそれぞれに本発明の板状偏光素
子を設けても、従来のものよりも光の利用効率を向上さ
せることができる。
発明の板状偏光素子を有するため、光源から発せられた
非偏光光をほとんど損失なく板状偏光素子で偏光光に変
換することができるため、光の利用効率を向上させるこ
とができるとともに、偏光素子の形状を板状とすること
ができ、板状偏光素子と画像発生器との間の距離を小さ
くすることができるため、装置全体のコンパクト化が図
れる。また、カラー画像の場合には、赤,緑,青の各色
の非偏光光の光路のそれぞれに本発明の板状偏光素子を
設けることにより、板状偏光素子の波長依存性を補償す
ることができるため、光の利用効率をさらに向上させる
ことができる。なお、この場合には、赤,緑,青の各色
の非偏光光のうち2色の非偏光光の共通光路および他の
1色の非偏光光の光路のそれぞれに本発明の板状偏光素
子を設けても、従来のものよりも光の利用効率を向上さ
せることができる。
【0028】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0029】図1は本発明の板状偏光素子の第1の実施
例を示す、板状偏光素子の単位20の構成図である。
例を示す、板状偏光素子の単位20の構成図である。
【0030】本実施例の板状偏光素子の単位20は、断
面が直角三角形の三角柱の形状を有する第1の入射側プ
リズム211 と、第1の入射側プリズム211 の両隣に
互いに斜面を接触させて並べられた、第1の入射側プリ
ズム211 と同じ形状を有する第1および第2の出射側
プリズム221,222と、第1の出射側プリズム22 1
の第1の入射側プリズム211 と反対側で互いに斜面を
接触させて並べられた、第1の入射側プリズム211 の
半分の形状を有する第2の入射側プリズム21 2 と、第
2の出射側プリズム222 の第1の入射側プリズム21
1 と反対側で互いに斜面を接触させて並べられた、第2
の入射側プリズム212 と同じ形状を有する第3の入射
側プリズム213 とからなり、3つの入射側プリズム2
11 〜213 と2つの出射側プリズム221,222とが
一体となって一枚の平行平板を構成している。
面が直角三角形の三角柱の形状を有する第1の入射側プ
リズム211 と、第1の入射側プリズム211 の両隣に
互いに斜面を接触させて並べられた、第1の入射側プリ
ズム211 と同じ形状を有する第1および第2の出射側
プリズム221,222と、第1の出射側プリズム22 1
の第1の入射側プリズム211 と反対側で互いに斜面を
接触させて並べられた、第1の入射側プリズム211 の
半分の形状を有する第2の入射側プリズム21 2 と、第
2の出射側プリズム222 の第1の入射側プリズム21
1 と反対側で互いに斜面を接触させて並べられた、第2
の入射側プリズム212 と同じ形状を有する第3の入射
側プリズム213 とからなり、3つの入射側プリズム2
11 〜213 と2つの出射側プリズム221,222とが
一体となって一枚の平行平板を構成している。
【0031】また、単位20は、以下に示す構成要素か
らなる。
らなる。
【0032】(1)分割部
第1の入射側プリズム211 と第1の出射側プリズム2
21 との接触面の第1の出射側プリズム221 側に設け
られた第1の偏光分離作用膜241 と、第1の入射側プ
リズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面
の第2の出射側プリズム222 側に設けられた第2の偏
光分離作用膜242 とが、非偏光光(図1では第1およ
び第2の入射光P1,P2)を互いに偏光面が直交する反
射光(図1では第1および第2のS偏光光LS1,LS2)
および透過光(図1では第1および第2のP偏光光
LP1,LP2)に分割する分割部として機能する。ここ
で、第1および第2の偏光分離作用膜241,242は、
膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光光を反射し、
膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光光を透過する
特性を有する。また、第1の入射側プリズム211 と第
1の出射側プリズム221との接触面および第1の入射
側プリズム211 と第2の出射側プリズム222 との接
触面は、非偏光光に対してほぼ同じ角度の傾きをもち一
方からの反射光が他方へ向かうよう互いに向き合う一対
の分割面として機能する。
21 との接触面の第1の出射側プリズム221 側に設け
られた第1の偏光分離作用膜241 と、第1の入射側プ
リズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面
の第2の出射側プリズム222 側に設けられた第2の偏
光分離作用膜242 とが、非偏光光(図1では第1およ
び第2の入射光P1,P2)を互いに偏光面が直交する反
射光(図1では第1および第2のS偏光光LS1,LS2)
および透過光(図1では第1および第2のP偏光光
LP1,LP2)に分割する分割部として機能する。ここ
で、第1および第2の偏光分離作用膜241,242は、
膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光光を反射し、
膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光光を透過する
特性を有する。また、第1の入射側プリズム211 と第
1の出射側プリズム221との接触面および第1の入射
側プリズム211 と第2の出射側プリズム222 との接
触面は、非偏光光に対してほぼ同じ角度の傾きをもち一
方からの反射光が他方へ向かうよう互いに向き合う一対
の分割面として機能する。
【0033】(2)変調部
第1の入射側プリズム211 と第1の出射側プリズム2
21 との接触面の第1の入射側プリズム211 側に設け
られた第1の1/4波長板231 と、第1の入射側プリ
ズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面の
第1の入射側プリズム211 側に設けられた第2の1/
4波長板232 とは、反射光および透過光の少なくとも
一方(図1では第1および第2のS偏光光LS1,LS2)
の偏光面を変化させて両者の偏光面を一致させる変調部
として機能する。ここで、第1および第2の1/4波長
板231,232は、第1および第2の入射光P1,P2の
ように入射角45゜で入射してくる光に対して作用する
ものであり、その軸方向はS偏光光を円偏光に変換する
ように選択されている。
21 との接触面の第1の入射側プリズム211 側に設け
られた第1の1/4波長板231 と、第1の入射側プリ
ズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面の
第1の入射側プリズム211 側に設けられた第2の1/
4波長板232 とは、反射光および透過光の少なくとも
一方(図1では第1および第2のS偏光光LS1,LS2)
の偏光面を変化させて両者の偏光面を一致させる変調部
として機能する。ここで、第1および第2の1/4波長
板231,232は、第1および第2の入射光P1,P2の
ように入射角45゜で入射してくる光に対して作用する
ものであり、その軸方向はS偏光光を円偏光に変換する
ように選択されている。
【0034】(3)反射部
第2の入射側プリズム212 と第1の出射側プリズム2
21 との接触面に形成された第1の全反射ミラー251
と、第3の入射側プリズム213 と第2の出射側プリズ
ム222 との接触面に形成された第2の全反射ミラー2
52 とは、反射光および透過光の一方(図1では第1お
よび第2のS偏光光LS1,LS2)を反射して他方(図1
では第1および第2のP偏光光LP1,LP2)の進行方向
とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。
21 との接触面に形成された第1の全反射ミラー251
と、第3の入射側プリズム213 と第2の出射側プリズ
ム222 との接触面に形成された第2の全反射ミラー2
52 とは、反射光および透過光の一方(図1では第1お
よび第2のS偏光光LS1,LS2)を反射して他方(図1
では第1および第2のP偏光光LP1,LP2)の進行方向
とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。
【0035】(4)反射手段
第2の入射側プリズム212 の入射面に形成された第1
の反射体271 と、第3の入射側プリズム213 の入射
面に形成された第2の反射体272 とは、前記分割部以
外に入射する以外の非偏光光(図1では第3の入射光P
3 と第4の入射光P4 )を反射して光源に戻す反射手段
として機能する。すなわち、図2に示すように、単位2
0を複数並べて板状偏光素子を構成したとき、非偏光光
を出射する光源90の板状偏光素子と反対側に放物形状
の反射ミラー91を設けるとともに、光源90を反射ミ
ラー91の焦点位置に配設することにより、図示実線で
示す第1の反射体271 に入射する非偏光光Lを第1の
反射体271 で反射させて、光源90に同一光路上を通
して戻し、反射ミラー91で反射させて、板状偏光素子
を構成する別の単位20の分割部に入射させることがで
きる。このとき、光源90に戻された非偏光光の一部は
光源90で拡散されるが、該非偏光光は2次光源として
作用し、反射ミラー91で反射されて平行光として再度
出射されて利用される。なお、反射ミラー91の代わり
に、楕円鏡と平行化光学素子(凸レンズ,凹レンズ,フ
レネルレンズなど)を用いてもよく、球面鏡と平行化光
学素子とを用いてもよい。
の反射体271 と、第3の入射側プリズム213 の入射
面に形成された第2の反射体272 とは、前記分割部以
外に入射する以外の非偏光光(図1では第3の入射光P
3 と第4の入射光P4 )を反射して光源に戻す反射手段
として機能する。すなわち、図2に示すように、単位2
0を複数並べて板状偏光素子を構成したとき、非偏光光
を出射する光源90の板状偏光素子と反対側に放物形状
の反射ミラー91を設けるとともに、光源90を反射ミ
ラー91の焦点位置に配設することにより、図示実線で
示す第1の反射体271 に入射する非偏光光Lを第1の
反射体271 で反射させて、光源90に同一光路上を通
して戻し、反射ミラー91で反射させて、板状偏光素子
を構成する別の単位20の分割部に入射させることがで
きる。このとき、光源90に戻された非偏光光の一部は
光源90で拡散されるが、該非偏光光は2次光源として
作用し、反射ミラー91で反射されて平行光として再度
出射されて利用される。なお、反射ミラー91の代わり
に、楕円鏡と平行化光学素子(凸レンズ,凹レンズ,フ
レネルレンズなど)を用いてもよく、球面鏡と平行化光
学素子とを用いてもよい。
【0036】次に、本実施例の板状偏光素子の単位20
の動作について説明する。
の動作について説明する。
【0037】第1の入射側プリズム211 と第1の出射
側プリズム221 との接触面に対して45゜の入射角で
入射する、ランダムな偏光面を有する第1の入射光P1
は、第1の1/4波長板231 を透過したのち第1の偏
光分離作用膜241 に入射し、膜面に対して垂直な偏光
面を有する第1のP偏光光LP1が第1の偏光分離作用膜
241 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有する第
1のS偏光光LS1が第1の偏光分離作用膜241 で図示
右方に直角に反射されることにより、第1のP偏光光L
P1と第1のS偏光光LS1とに分割される。第1のP偏光
光LP1は第1の出射側プリズム221 の出射面から出射
する。一方、第1のS偏光光LS1は、第1の1/4波長
板231 を透過することにより円偏光に変換されたの
ち、第2の1/4波長板232 を透過することにより第
2の偏光分離作用膜242 の膜面に対して垂直な偏光面
を有する第1の変換されたP偏光光LP1 * に変換され
る。第1の変換されたP偏光光LP1 * は第2の偏光分離
作用膜242 を透過したのち、第2の全反射ミラー25
2 で図示上方に直角に反射されて、第2の出射側プリズ
ム222 の出射面から第1のP偏光光LP1の進行方向と
同じ方向に出射する。
側プリズム221 との接触面に対して45゜の入射角で
入射する、ランダムな偏光面を有する第1の入射光P1
は、第1の1/4波長板231 を透過したのち第1の偏
光分離作用膜241 に入射し、膜面に対して垂直な偏光
面を有する第1のP偏光光LP1が第1の偏光分離作用膜
241 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有する第
1のS偏光光LS1が第1の偏光分離作用膜241 で図示
右方に直角に反射されることにより、第1のP偏光光L
P1と第1のS偏光光LS1とに分割される。第1のP偏光
光LP1は第1の出射側プリズム221 の出射面から出射
する。一方、第1のS偏光光LS1は、第1の1/4波長
板231 を透過することにより円偏光に変換されたの
ち、第2の1/4波長板232 を透過することにより第
2の偏光分離作用膜242 の膜面に対して垂直な偏光面
を有する第1の変換されたP偏光光LP1 * に変換され
る。第1の変換されたP偏光光LP1 * は第2の偏光分離
作用膜242 を透過したのち、第2の全反射ミラー25
2 で図示上方に直角に反射されて、第2の出射側プリズ
ム222 の出射面から第1のP偏光光LP1の進行方向と
同じ方向に出射する。
【0038】また、第1の入射側プリズム211 と第2
の出射側プリズム222 との接触面に対して45゜の入
射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射
光P 2 は、第2の1/4波長板232 を透過したのち第
2の偏光分離作用膜242 入射し、膜面に対して垂直な
偏光面を有する第2のP偏光光LP2が第2の偏光分離作
用膜242 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有す
る第2のS偏光光LS2が第2の偏光分離作用膜242 で
図示左方に直角に反射されることにより、第2のP偏光
光LP2と第2のS偏光光LS2とに分割される。第2のP
偏光光LP2は第2の出射側プリズム222 の出射面から
出射する。一方、第2のS偏光光LS2は、第2の1/4
波長板232 を透過することにより円偏光に変換された
のち、第1の1/4波長板231 を透過することにより
第1の偏光分離作用膜241 の膜面に対して垂直な偏光
面を有する第2の変換されたP偏光光LP2 * に変換され
る。第2の変換されたP偏光光LP2 * は第1の偏光分離
作用膜241 を透過したのち、第1の全反射ミラー25
1 で図示上方に直角に反射されて、第1の出射側プリズ
ム221 の出射面から第2のP偏光光LP2の進行方向と
同じ方向に出射する。
の出射側プリズム222 との接触面に対して45゜の入
射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射
光P 2 は、第2の1/4波長板232 を透過したのち第
2の偏光分離作用膜242 入射し、膜面に対して垂直な
偏光面を有する第2のP偏光光LP2が第2の偏光分離作
用膜242 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有す
る第2のS偏光光LS2が第2の偏光分離作用膜242 で
図示左方に直角に反射されることにより、第2のP偏光
光LP2と第2のS偏光光LS2とに分割される。第2のP
偏光光LP2は第2の出射側プリズム222 の出射面から
出射する。一方、第2のS偏光光LS2は、第2の1/4
波長板232 を透過することにより円偏光に変換された
のち、第1の1/4波長板231 を透過することにより
第1の偏光分離作用膜241 の膜面に対して垂直な偏光
面を有する第2の変換されたP偏光光LP2 * に変換され
る。第2の変換されたP偏光光LP2 * は第1の偏光分離
作用膜241 を透過したのち、第1の全反射ミラー25
1 で図示上方に直角に反射されて、第1の出射側プリズ
ム221 の出射面から第2のP偏光光LP2の進行方向と
同じ方向に出射する。
【0039】したがって、本実施例の板状偏光素子の単
位20は、第1の入射側プリズム211 に入射する第1
および第2の入射光P1,P2を第1および第2のP偏光
光L P1,LP2と第1および第2の変換されたP偏光光L
P1 *,LP2 *とに損失なく変換して、出射面全面から出射
させることができる。
位20は、第1の入射側プリズム211 に入射する第1
および第2の入射光P1,P2を第1および第2のP偏光
光L P1,LP2と第1および第2の変換されたP偏光光L
P1 *,LP2 *とに損失なく変換して、出射面全面から出射
させることができる。
【0040】第1の反射体271 は、第1の出射側プリ
ズム221 と第2の入射側プリズム212 との接触面に
対して45゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を
有する第3の入射光P3 を反射させて光源に戻す。ま
た、第2の反射体272 は、第2の出射側プリズム21
2 と第3の入射側プリズム213 との接触面に対して4
5゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第
4の入射光P4 を反射させて光源に戻す。
ズム221 と第2の入射側プリズム212 との接触面に
対して45゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を
有する第3の入射光P3 を反射させて光源に戻す。ま
た、第2の反射体272 は、第2の出射側プリズム21
2 と第3の入射側プリズム213 との接触面に対して4
5゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第
4の入射光P4 を反射させて光源に戻す。
【0041】次に、本実施例の板状偏光素子の単位20
の各構成部品の材料について説明する。
の各構成部品の材料について説明する。
【0042】第1,第2および第3の入射側プリズム2
11〜213および第1および第2の出射側プリズム22
1,222は、ガラスまたはプラスチックなどで構成する
ことができるが、第1および第2の偏光分離作用膜24
1,242の分離機能を最適に保つためには、屈折率選択
の自由度が大きいガラスで構成した方がよい。
11〜213および第1および第2の出射側プリズム22
1,222は、ガラスまたはプラスチックなどで構成する
ことができるが、第1および第2の偏光分離作用膜24
1,242の分離機能を最適に保つためには、屈折率選択
の自由度が大きいガラスで構成した方がよい。
【0043】第1および第2の偏光分離作用膜241,
242は、公知の光学多層膜で構成できる。
242は、公知の光学多層膜で構成できる。
【0044】第1および第2の1/4波長板231,2
32は、雲母や水晶などの結晶性のもの,延伸した高分
子フィルム,一定の厚さをもつ、一定方向に分子軸を揃
えて配向させた低分子液晶,側鎖型高分子液晶、または
高分子中に分散させた低分子液晶など、入射角45°で
入射する光束に対して1/4波長の位相変化を与えるも
ので構成することができる。
32は、雲母や水晶などの結晶性のもの,延伸した高分
子フィルム,一定の厚さをもつ、一定方向に分子軸を揃
えて配向させた低分子液晶,側鎖型高分子液晶、または
高分子中に分散させた低分子液晶など、入射角45°で
入射する光束に対して1/4波長の位相変化を与えるも
ので構成することができる。
【0045】第1および第2の全反射ミラー251,2
52はアルミ蒸着ミラーを用いてもよいし、第2および
第3の入射側プリズム212,213を取除いて、第1お
よび第2の出射側プリズム221,222の第1の入射側
プリズム221 と反対側の斜面を空気境界面としてもよ
い。
52はアルミ蒸着ミラーを用いてもよいし、第2および
第3の入射側プリズム212,213を取除いて、第1お
よび第2の出射側プリズム221,222の第1の入射側
プリズム221 と反対側の斜面を空気境界面としてもよ
い。
【0046】第1および第2の反射体271,272は、
アルミ蒸着ミラーなどで構成することができる。
アルミ蒸着ミラーなどで構成することができる。
【0047】次に、図1に示した単位20を複数並べて
構成した板状偏光素子について説明する。
構成した板状偏光素子について説明する。
【0048】単位20を複数並べて板状偏光素子を構成
する一構成例としては、図3に示すように単位20を横
方向に複数並べて構成した板状偏光素子41がある。ま
た、他の構成例としては、図4に示すように単位20を
横方向に複数並べて構成した列を、互いに隣合う列同士
ではピッチを半分ずらして複数列並べて構成した板状偏
光素子41aがある。なお、図3および図4に示した板
状偏光素子41,41aにおいては、互いに隣合う単位
同士の接続面となる入射側プリズム(図1に示す第2の
入射側プリズム212 と第3の入射側プリズム213 )
および各反射体271,272は、それぞれ一体的に構成
されてもよい。
する一構成例としては、図3に示すように単位20を横
方向に複数並べて構成した板状偏光素子41がある。ま
た、他の構成例としては、図4に示すように単位20を
横方向に複数並べて構成した列を、互いに隣合う列同士
ではピッチを半分ずらして複数列並べて構成した板状偏
光素子41aがある。なお、図3および図4に示した板
状偏光素子41,41aにおいては、互いに隣合う単位
同士の接続面となる入射側プリズム(図1に示す第2の
入射側プリズム212 と第3の入射側プリズム213 )
および各反射体271,272は、それぞれ一体的に構成
されてもよい。
【0049】図5は、本発明の板状偏光素子の第2の実
施例を示す、板状偏光素子の単位20aの構成図であ
る。
施例を示す、板状偏光素子の単位20aの構成図であ
る。
【0050】本実施例の板状偏光素子の単位20aが図
1に示した板状偏光素子の単位20と異なる点は、第1
の反射体271 が第1の出射側プリズム221 と第2の
入射側プリズム212 との接触面の第2の入射側プリズ
ム212 側に形成されている点、および第2の反射体2
72 が第2の出射側プリズム222 と第3の入射側プリ
ズム213 との接触面の第3の入射側プリズム213 側
に形成されている点である。
1に示した板状偏光素子の単位20と異なる点は、第1
の反射体271 が第1の出射側プリズム221 と第2の
入射側プリズム212 との接触面の第2の入射側プリズ
ム212 側に形成されている点、および第2の反射体2
72 が第2の出射側プリズム222 と第3の入射側プリ
ズム213 との接触面の第3の入射側プリズム213 側
に形成されている点である。
【0051】すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位
20aでは、第3の入射光P3 を第1の反射体271 で
図示左方に反射し、第4の入射光P4 を第2の反射体2
72で図示右方に反射する。その結果、単位20aを複
数並べて図2に示したような板状偏光素子を構成した場
合、第1の反射体271 で反射された第3の入射光P 3
を、図5に示した単位20aの図示左隣に設けられる単
位20aの第2の反射体272 で図示下方に反射して光
源に戻すことができる。また、第2の反射体272 で反
射された第4の入射光P4 を、図5に示した単位20a
の図示右隣に設けられる単位20aの第1の反射体27
1 で図示下方に反射して光源に戻すことができる。
20aでは、第3の入射光P3 を第1の反射体271 で
図示左方に反射し、第4の入射光P4 を第2の反射体2
72で図示右方に反射する。その結果、単位20aを複
数並べて図2に示したような板状偏光素子を構成した場
合、第1の反射体271 で反射された第3の入射光P 3
を、図5に示した単位20aの図示左隣に設けられる単
位20aの第2の反射体272 で図示下方に反射して光
源に戻すことができる。また、第2の反射体272 で反
射された第4の入射光P4 を、図5に示した単位20a
の図示右隣に設けられる単位20aの第1の反射体27
1 で図示下方に反射して光源に戻すことができる。
【0052】なお、第1および第2の反射体271,2
72を設ける代わりに、第1および第2の全反射ミラー
251,252の裏面も全反射ミラーとしてもよい。
72を設ける代わりに、第1および第2の全反射ミラー
251,252の裏面も全反射ミラーとしてもよい。
【0053】図6は、本発明の板状偏光素子の第3の実
施例を示す、板状偏光素子の単位20bの構成図であ
る。
施例を示す、板状偏光素子の単位20bの構成図であ
る。
【0054】本実施例の板状偏光素子の単位20bが図
1に示した板状偏光素子の単位20と異なる点は、第1
および第2の1/4波長板231,232の代わりに、1
/2波長板26が第1の入射側プリズム211と第1の
出射側プリズム221 との接触面および第1の入射側プ
リズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面
の中間に設けられていることである。
1に示した板状偏光素子の単位20と異なる点は、第1
および第2の1/4波長板231,232の代わりに、1
/2波長板26が第1の入射側プリズム211と第1の
出射側プリズム221 との接触面および第1の入射側プ
リズム211 と第2の出射側プリズム222 との接触面
の中間に設けられていることである。
【0055】本実施例の板状偏光素子の単位20bで
は、第1の入射光P1 は、第1のP偏光光LP1が第1の
偏光分離作用膜241を透過し、第1のS偏光光LS1が
第1の偏光分離作用膜241 で図示右方に直角に反射さ
れることにより、第1のP偏光光LP1と第1のS偏光光
LS1とに分割される。第1のP偏光光LP1は第1の出射
側プリズム221 の出射面から出射する。一方、第1の
S偏光光LS1は、1/2波長板26を透過することによ
り偏光面が90゜回転されて第1の変換されたP偏光光
LP1 * に変換される。第1の変換されたP偏光光LP1 *
は第2の偏光分離作用膜242 を透過したのち、第2の
全反射ミラー252 で図示上方に直角に反射されて、第
2の出射側プリズム222 の出射面から第1のP偏光光
LP1の進行方向と同じ方向に出射する。また、第2の入
射光P2 は、第2のP偏光光LP2が第2の偏光分離作用
膜242 を透過し、第2のS偏光光LS2が第2の偏光分
離作用膜242 で図示左方に直角に反射されることによ
り、第2のP偏光光LP2と第2のS偏光光LS2とに分割
される。第2のP偏光光LP2は第2の出射側プリズム2
22 の出射面から出射する。一方、第2のS偏光光LS2
は、1/2波長板26を透過することにより偏光面が9
0゜回転されて第2の変換されたP偏光光LP2 * に変換
される。第2の変換されたP偏光光LP2 * は第1の偏光
分離作用膜24 1 を透過したのち、第1の全反射ミラー
251 で図示上方に直角に反射されて、第1の出射側プ
リズム221 の出射面から第2のP偏光光LP2の進行方
向と同じ方向に出射する。
は、第1の入射光P1 は、第1のP偏光光LP1が第1の
偏光分離作用膜241を透過し、第1のS偏光光LS1が
第1の偏光分離作用膜241 で図示右方に直角に反射さ
れることにより、第1のP偏光光LP1と第1のS偏光光
LS1とに分割される。第1のP偏光光LP1は第1の出射
側プリズム221 の出射面から出射する。一方、第1の
S偏光光LS1は、1/2波長板26を透過することによ
り偏光面が90゜回転されて第1の変換されたP偏光光
LP1 * に変換される。第1の変換されたP偏光光LP1 *
は第2の偏光分離作用膜242 を透過したのち、第2の
全反射ミラー252 で図示上方に直角に反射されて、第
2の出射側プリズム222 の出射面から第1のP偏光光
LP1の進行方向と同じ方向に出射する。また、第2の入
射光P2 は、第2のP偏光光LP2が第2の偏光分離作用
膜242 を透過し、第2のS偏光光LS2が第2の偏光分
離作用膜242 で図示左方に直角に反射されることによ
り、第2のP偏光光LP2と第2のS偏光光LS2とに分割
される。第2のP偏光光LP2は第2の出射側プリズム2
22 の出射面から出射する。一方、第2のS偏光光LS2
は、1/2波長板26を透過することにより偏光面が9
0゜回転されて第2の変換されたP偏光光LP2 * に変換
される。第2の変換されたP偏光光LP2 * は第1の偏光
分離作用膜24 1 を透過したのち、第1の全反射ミラー
251 で図示上方に直角に反射されて、第1の出射側プ
リズム221 の出射面から第2のP偏光光LP2の進行方
向と同じ方向に出射する。
【0056】したがって、本実施例の板状偏光素子の単
位20bもまた、第1の入射側プリズム211 に入射す
る第1および第2の入射光P1,P2を第1および第2の
P偏光光LP1,LP2と第1および第2の変換されたP偏
光光LP1 * ,LP2 * とに損失なく変換して、出射面全面
から出射させることができる。
位20bもまた、第1の入射側プリズム211 に入射す
る第1および第2の入射光P1,P2を第1および第2の
P偏光光LP1,LP2と第1および第2の変換されたP偏
光光LP1 * ,LP2 * とに損失なく変換して、出射面全面
から出射させることができる。
【0057】また、第3の入射光P3 は、第1の反射体
271 で反射されて光源に戻る。また、第4の入射光P
4 は、第2の反射体272 で反射されて光源に戻る。
271 で反射されて光源に戻る。また、第4の入射光P
4 は、第2の反射体272 で反射されて光源に戻る。
【0058】なお、1/2波長板26は、第1の入射側
プリズム211 と第1の出射側プリズム221 との接触
面および第1の入射側プリズム211 と第2の出射側プ
リズム222 との接触面の間であればどこに設けられて
もよい。
プリズム211 と第1の出射側プリズム221 との接触
面および第1の入射側プリズム211 と第2の出射側プ
リズム222 との接触面の間であればどこに設けられて
もよい。
【0059】図7は、本発明の板状偏光素子の第4の実
施例を示す、板状偏光素子の単位30の構成図である。
施例を示す、板状偏光素子の単位30の構成図である。
【0060】本実施例の板状偏光素子の単位30は、分
割部(偏光分離作用膜34)が非偏光光(第1の入射光
P1 )に対して斜設され、反射部(全反射膜35)が分
割部に対して平行に配され、変調部として1/2波長板
36が反射光(S偏光光LS)の光路、特に反射部(全
反射膜35)で反射された反射光(S偏光光LS )の光
路に配されて構成されている。
割部(偏光分離作用膜34)が非偏光光(第1の入射光
P1 )に対して斜設され、反射部(全反射膜35)が分
割部に対して平行に配され、変調部として1/2波長板
36が反射光(S偏光光LS)の光路、特に反射部(全
反射膜35)で反射された反射光(S偏光光LS )の光
路に配されて構成されている。
【0061】すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位
30は、断面が平行四辺形の第1のガラス部材311
と、第1のガラス部材311 の両隣に互いに斜面を接触
させて並べられた、断面が直角三角形の第2および第3
のガラス部材312,313とからなり、3つのガラス部
材311 〜313 が一体となって一枚の平行平板を構成
している。また、第1のガラス部材311 と第2のガラ
ス部材312 との接触面には、全反射膜35が設けられ
ており、第1のガラス部材311 と第3のガラス部材3
13 との接触面には、偏光分離作用膜34が設けられて
いる。さらに、第1のガラス部材311 の出射面(第1
の入射光P1 が入射する面と反対側の面)には、1/2
波長板36が設けられている。ここで、偏光分離作用膜
34は、膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光光を
反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光光を
透過する特性を有する。また、1/2波長板36は、入
射角90゜で入射してくる光に対して作用するものであ
る。
30は、断面が平行四辺形の第1のガラス部材311
と、第1のガラス部材311 の両隣に互いに斜面を接触
させて並べられた、断面が直角三角形の第2および第3
のガラス部材312,313とからなり、3つのガラス部
材311 〜313 が一体となって一枚の平行平板を構成
している。また、第1のガラス部材311 と第2のガラ
ス部材312 との接触面には、全反射膜35が設けられ
ており、第1のガラス部材311 と第3のガラス部材3
13 との接触面には、偏光分離作用膜34が設けられて
いる。さらに、第1のガラス部材311 の出射面(第1
の入射光P1 が入射する面と反対側の面)には、1/2
波長板36が設けられている。ここで、偏光分離作用膜
34は、膜面に対して平行な偏光面を有するS偏光光を
反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏光光を
透過する特性を有する。また、1/2波長板36は、入
射角90゜で入射してくる光に対して作用するものであ
る。
【0062】したがって、本実施例の板状偏光素子の単
位30では、偏光分離作用膜34が、入射光を互いに偏
光面が直交する反射光(S偏光光LS )および透過光
(P偏光光LP )に分割する分割部として機能する。ま
た、全反射膜35が、反射光および透過光の一方(S偏
光光LS )を反射して他方(P偏光光LP )の進行方向
とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。さら
に、1/2波長板36が反射光および透過光の少なくと
も一方(S偏光光LS )の偏光面を変化させて両者の偏
光面を一致させる変調部として機能する。
位30では、偏光分離作用膜34が、入射光を互いに偏
光面が直交する反射光(S偏光光LS )および透過光
(P偏光光LP )に分割する分割部として機能する。ま
た、全反射膜35が、反射光および透過光の一方(S偏
光光LS )を反射して他方(P偏光光LP )の進行方向
とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。さら
に、1/2波長板36が反射光および透過光の少なくと
も一方(S偏光光LS )の偏光面を変化させて両者の偏
光面を一致させる変調部として機能する。
【0063】また、第2のガラス部材312 の入射面に
は、反射体37が形成されている。次に、本実施例の板
状偏光素子の単位30の動作について説明する。
は、反射体37が形成されている。次に、本実施例の板
状偏光素子の単位30の動作について説明する。
【0064】偏光分離作用膜34の膜面に対して45゜
の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第1の
入射光P1 は、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏
光光LP が偏光分離作用膜34を透過し、膜面に対して
平行な偏光面を有するS偏光光LS が偏光分離作用膜3
4で図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光
LP とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第
3のガラス部材313の出射面(第1の入射光P1 が入
射する面と反対側の面)から出射する。一方、S偏光光
LS は全反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2
のガラス部材312 の出射面からP偏光光LP の進行方
向と同じ方向に出射したのち、1/2波長板36を透過
することにより偏光面が90゜回転されてP偏光光LP *
に変換される。したがって、本実施例の板状偏光素子の
単位30は、第1のガラス部材311 に入射する第1の
入射光P1 をP偏光光LP と前記変換されたP偏光光L
P *とに損失なく変換して、出射面全面から出射させるこ
とができる。
の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第1の
入射光P1 は、膜面に対して垂直な偏光面を有するP偏
光光LP が偏光分離作用膜34を透過し、膜面に対して
平行な偏光面を有するS偏光光LS が偏光分離作用膜3
4で図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光
LP とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第
3のガラス部材313の出射面(第1の入射光P1 が入
射する面と反対側の面)から出射する。一方、S偏光光
LS は全反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2
のガラス部材312 の出射面からP偏光光LP の進行方
向と同じ方向に出射したのち、1/2波長板36を透過
することにより偏光面が90゜回転されてP偏光光LP *
に変換される。したがって、本実施例の板状偏光素子の
単位30は、第1のガラス部材311 に入射する第1の
入射光P1 をP偏光光LP と前記変換されたP偏光光L
P *とに損失なく変換して、出射面全面から出射させるこ
とができる。
【0065】また、全反射面35に対して45゜の入射
角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射光
P2 は、反射体37で反射されて光源に戻る。
角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射光
P2 は、反射体37で反射されて光源に戻る。
【0066】図7に示した単位30を複数並べて板状偏
光素子を構成する構成例としては、図1に示した単位2
0と同様に図3および図4に示した構成例がある。
光素子を構成する構成例としては、図1に示した単位2
0と同様に図3および図4に示した構成例がある。
【0067】ここで、図7に示した単位30は、板状偏
光素子を構成する際、断面が平行四辺形のガラス部材を
複数並べて構成できるため、図1に示した単位20より
も加工性に優れているという効果がある。すなわち、単
位20は、偏光分離作用膜34を片面に設けたガラス板
と全反射膜35(たとえば、アルミ蒸着膜)を片面に設
けたガラス板とを交互に積層して、45゜の断面で切断
し、切断面を光学研磨したのち、1/2波長板36を接
着することにより容易に作成できる。
光素子を構成する際、断面が平行四辺形のガラス部材を
複数並べて構成できるため、図1に示した単位20より
も加工性に優れているという効果がある。すなわち、単
位20は、偏光分離作用膜34を片面に設けたガラス板
と全反射膜35(たとえば、アルミ蒸着膜)を片面に設
けたガラス板とを交互に積層して、45゜の断面で切断
し、切断面を光学研磨したのち、1/2波長板36を接
着することにより容易に作成できる。
【0068】図8は、本発明の板状偏光素子の第5の実
施例を示す、板状偏光素子の単位30aの構成図であ
る。
施例を示す、板状偏光素子の単位30aの構成図であ
る。
【0069】本実施例の板状偏光素子の単位30aが図
7に示した板状偏光素子の単位30と異なる点は、1/
2波長板36が偏光分離作用膜34(分割部)と全反射
膜35(反射部)との間に配されていることである。
7に示した板状偏光素子の単位30と異なる点は、1/
2波長板36が偏光分離作用膜34(分割部)と全反射
膜35(反射部)との間に配されていることである。
【0070】本実施例の板状偏光素子の単位30aで
は、第1の入射光P1 は、P偏光光L P が偏光分離作用
膜34を透過し、S偏光光LS が偏光分離作用膜34で
図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光LP
とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第3の
ガラス部材313 の出射面から出射する。一方、S偏光
光LS は1/2波長板36を透過することにより偏光面
が90゜回転されてP偏光光LP *に変換されたのち、全
反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2のガラス
部材312 の出射面からP偏光光LP の進行方向と同じ
方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏光素子
の単位30aは、第1のガラス部材311に入射する入
射光PをP偏光光LP と前記変換されたP偏光光LP *と
に損失なく変換して、出射面全面から出射させることが
できる。
は、第1の入射光P1 は、P偏光光L P が偏光分離作用
膜34を透過し、S偏光光LS が偏光分離作用膜34で
図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光LP
とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第3の
ガラス部材313 の出射面から出射する。一方、S偏光
光LS は1/2波長板36を透過することにより偏光面
が90゜回転されてP偏光光LP *に変換されたのち、全
反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2のガラス
部材312 の出射面からP偏光光LP の進行方向と同じ
方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏光素子
の単位30aは、第1のガラス部材311に入射する入
射光PをP偏光光LP と前記変換されたP偏光光LP *と
に損失なく変換して、出射面全面から出射させることが
できる。
【0071】また、全反射面35に対して45゜の入射
角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射光
P2 は、反射体37で反射されて光源に戻る。
角で入射する、ランダムな偏光面を有する第2の入射光
P2 は、反射体37で反射されて光源に戻る。
【0072】図9は、本発明の板状偏光素子の第6の実
施例を示す、板状偏光素子の単位30bの構成図であ
る。
施例を示す、板状偏光素子の単位30bの構成図であ
る。
【0073】本実施例の板状偏光素子の単位30bが図
7に示した板状偏光素子の単位30と異なる点は、1/
2波長板36が透過光(P偏光光LP )の光路である第
3のガラス部材313 の出射面に接着されていることで
ある。
7に示した板状偏光素子の単位30と異なる点は、1/
2波長板36が透過光(P偏光光LP )の光路である第
3のガラス部材313 の出射面に接着されていることで
ある。
【0074】本実施例の板状偏光素子の単位30bで
は、第1の入射光P1 は、P偏光光L P が偏光分離作用
膜34を透過し、S偏光光LS が偏光分離作用膜34で
図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光LP
とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第3の
ガラス部材313 の出射面から出射したのち、1/2波
長板36を透過することにより偏光面が90゜回転され
てS偏光光LS *に変換されて出射する。一方、S偏光光
LS は全反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2
のガラス部材312の出射面から前記変換されたS偏光
光LS の進行方向と同じ方向に出射する。したがって、
本実施例の板状偏光素子の単位30bは、第1のガラス
部材311 に入射する入射光PをS偏光光LS と前記変
換されたS偏光光LS *とに損失なく変換して、出射面全
面から出射させることができる。また、全反射面35に
対して45゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を
有する第2の入射光P2 は、反射体37で反射されて光
源に戻る。
は、第1の入射光P1 は、P偏光光L P が偏光分離作用
膜34を透過し、S偏光光LS が偏光分離作用膜34で
図示左方に直角に反射されることにより、P偏光光LP
とS偏光光LS とに分割される。P偏光光LP は第3の
ガラス部材313 の出射面から出射したのち、1/2波
長板36を透過することにより偏光面が90゜回転され
てS偏光光LS *に変換されて出射する。一方、S偏光光
LS は全反射膜35で図示上方に直角に反射され、第2
のガラス部材312の出射面から前記変換されたS偏光
光LS の進行方向と同じ方向に出射する。したがって、
本実施例の板状偏光素子の単位30bは、第1のガラス
部材311 に入射する入射光PをS偏光光LS と前記変
換されたS偏光光LS *とに損失なく変換して、出射面全
面から出射させることができる。また、全反射面35に
対して45゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を
有する第2の入射光P2 は、反射体37で反射されて光
源に戻る。
【0075】図10は、本発明の画像投影装置の第1の
実施例を示す概略構成図である。
実施例を示す概略構成図である。
【0076】本実施例の画像投影装置は、第1のコンデ
ンサレンズ64からの平行白色光(非偏光光)を白色直
線偏光光に変換する照明光学系として図3に示した板状
偏光素子41を用いている点が、図12に示した従来の
画像投影装置と異なる。なお、本実施例の画像投影装置
では、板状偏光素子41と液晶ライトバルブ66との間
に、板状偏光素子41からの白色直線偏光光を投写レン
ズ68の瞳内に集光させる第2のコンデンサレンズ65
が設けられている。
ンサレンズ64からの平行白色光(非偏光光)を白色直
線偏光光に変換する照明光学系として図3に示した板状
偏光素子41を用いている点が、図12に示した従来の
画像投影装置と異なる。なお、本実施例の画像投影装置
では、板状偏光素子41と液晶ライトバルブ66との間
に、板状偏光素子41からの白色直線偏光光を投写レン
ズ68の瞳内に集光させる第2のコンデンサレンズ65
が設けられている。
【0077】本実施例の画像投影装置は、本発明の板状
偏光素子である板状偏光素子41を用いて液晶ライトバ
ルブ66を照明するため、光源61から発せられた白色
光(非偏光光)をほとんど損失なく液晶ライトバルブ6
6に入射させることができるとともに、光源61から液
晶ライトバルブ66までの距離を短くすることができる
ため、画像投影装置のコンパクト化が図れる。
偏光素子である板状偏光素子41を用いて液晶ライトバ
ルブ66を照明するため、光源61から発せられた白色
光(非偏光光)をほとんど損失なく液晶ライトバルブ6
6に入射させることができるとともに、光源61から液
晶ライトバルブ66までの距離を短くすることができる
ため、画像投影装置のコンパクト化が図れる。
【0078】図11は本発明の画像投影装置の第2の実
施例を示す概略構成図である。
施例を示す概略構成図である。
【0079】本実施例の画像投影装置は、非偏光光(白
色光)を発する光源71と、反射ミラー72と、熱線カ
ットフィルタ73と、第1のコンデンサレンズ74と、
光源71からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系
と、偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画
像を発生せしめる画像発生部と、画像を投影する投影光
学系とからなる。
色光)を発する光源71と、反射ミラー72と、熱線カ
ットフィルタ73と、第1のコンデンサレンズ74と、
光源71からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系
と、偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画
像を発生せしめる画像発生部と、画像を投影する投影光
学系とからなる。
【0080】ここで、照明光学系は、非偏光光である白
色光を赤,緑,青の各色の非偏光光に分解する、第1の
分解用ダイクロイックミラー81,第2の分解用ダイク
ロイックミラー82および分解用反射ミラー83からな
る色分解系と、各色の非偏光光の光路にそれぞれ設けら
れた、図3に示した板状偏光素子41と同様の構成をも
つ赤色用板状偏光素子41R ,緑色用板状偏光素子41
G および青色用板状偏光素子41B と、赤用コンデンサ
レンズ75R ,緑用コンデンサレンズ75G および青用
コンデンサレンズ75B とから構成されている。また、
画像発生部は、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3
個の発生器である赤色用液晶ライトバルブ76R ,緑色
用液晶ライトバルブ76G および青色用液晶ライトバル
ブ76Bからなる。さらに、投影光学系は、第1の合成
用ダイクロイックミラー84と、合成用反射ミラー85
と、第2の合成用ダイクロイックミラー86と、投写レ
ンズ78とからなる。
色光を赤,緑,青の各色の非偏光光に分解する、第1の
分解用ダイクロイックミラー81,第2の分解用ダイク
ロイックミラー82および分解用反射ミラー83からな
る色分解系と、各色の非偏光光の光路にそれぞれ設けら
れた、図3に示した板状偏光素子41と同様の構成をも
つ赤色用板状偏光素子41R ,緑色用板状偏光素子41
G および青色用板状偏光素子41B と、赤用コンデンサ
レンズ75R ,緑用コンデンサレンズ75G および青用
コンデンサレンズ75B とから構成されている。また、
画像発生部は、赤,緑,青の各色の画像を発生させる3
個の発生器である赤色用液晶ライトバルブ76R ,緑色
用液晶ライトバルブ76G および青色用液晶ライトバル
ブ76Bからなる。さらに、投影光学系は、第1の合成
用ダイクロイックミラー84と、合成用反射ミラー85
と、第2の合成用ダイクロイックミラー86と、投写レ
ンズ78とからなる。
【0081】本実施例の画像投影装置では、赤色の非偏
光光PR が第1の分解用ダイクロイックミラー81で図
示上方に直角に反射され、また、第1の分解用ダイクロ
イックミラー81を透過したシアンの非偏光光PG+PB
のうち青色の非偏光光PB が第2の分解用ダイクロイッ
クミラー82を透過し、緑色の非偏光光PG が第2の分
解用ダイクロイックミラー82で図示上方に直角に反射
されることにより、第1のコンデンサレンズ74から出
射された、非偏光光である平行白色光PR+PG+P
Bは、赤,緑,青の各色の非偏光光PR,PG,PB に分
解される。なお、赤色の非偏光光PR は分解用反射ミラ
ー83で図示左方に直角に反射されたのち、赤色用板状
偏光素子41R に入射して、赤色の偏光光に変換され
る。また、緑色の非偏光光PG は第2の分解用ダイクロ
イックミラー82で反射されたのち、緑色用板状偏光素
子41G に入射して、緑色の偏光光に変換される。さら
に、青色の非偏光光PB は第2の分解用ダイクロイック
ミラー82を透過したのち、青色用板状偏光素子41B
に入射して、青色の偏光光に変換される。
光光PR が第1の分解用ダイクロイックミラー81で図
示上方に直角に反射され、また、第1の分解用ダイクロ
イックミラー81を透過したシアンの非偏光光PG+PB
のうち青色の非偏光光PB が第2の分解用ダイクロイッ
クミラー82を透過し、緑色の非偏光光PG が第2の分
解用ダイクロイックミラー82で図示上方に直角に反射
されることにより、第1のコンデンサレンズ74から出
射された、非偏光光である平行白色光PR+PG+P
Bは、赤,緑,青の各色の非偏光光PR,PG,PB に分
解される。なお、赤色の非偏光光PR は分解用反射ミラ
ー83で図示左方に直角に反射されたのち、赤色用板状
偏光素子41R に入射して、赤色の偏光光に変換され
る。また、緑色の非偏光光PG は第2の分解用ダイクロ
イックミラー82で反射されたのち、緑色用板状偏光素
子41G に入射して、緑色の偏光光に変換される。さら
に、青色の非偏光光PB は第2の分解用ダイクロイック
ミラー82を透過したのち、青色用板状偏光素子41B
に入射して、青色の偏光光に変換される。
【0082】赤色の偏光光は、赤用コンデンサレンズ7
5R を介して赤色用液晶ライトバルブ76R に入射さ
れ、カラービデオ信号の赤色成分に応じて偏光面が回転
させられることにより変調され、P偏光光およびS偏光
光の両方を含む光束になり、さらに赤用偏光板77R に
より直線偏光の赤色画像光R* に変換される。同様にし
て、緑色の偏光光は、緑色用液晶ライトバルブ76G お
よび緑用偏光板77G の作用により、カラービデオ信号
の緑色成分に応じて変調された緑色画像光G* に変換さ
れ、また、青色の偏光光は、青色用液晶ライトバルブ7
6B および青用偏光板77B の作用により、カラービデ
オ信号の青色成分に応じて変調された青色画像光B* に
変換される。
5R を介して赤色用液晶ライトバルブ76R に入射さ
れ、カラービデオ信号の赤色成分に応じて偏光面が回転
させられることにより変調され、P偏光光およびS偏光
光の両方を含む光束になり、さらに赤用偏光板77R に
より直線偏光の赤色画像光R* に変換される。同様にし
て、緑色の偏光光は、緑色用液晶ライトバルブ76G お
よび緑用偏光板77G の作用により、カラービデオ信号
の緑色成分に応じて変調された緑色画像光G* に変換さ
れ、また、青色の偏光光は、青色用液晶ライトバルブ7
6B および青用偏光板77B の作用により、カラービデ
オ信号の青色成分に応じて変調された青色画像光B* に
変換される。
【0083】赤色画像光R* と緑色画像光G* とは、第
1の合成用ダイクロイックミラー84で合成されて黄色
画像光R*+G*に変換されたのち、第2の合成用ダイク
ロイックミラー86に入射する。また、青色画像光B*
は、合成用反射ミラー85で図示上方に直角に反射され
たのち、第2の合成用ダイクロイックミラー86に入射
する。そして、黄色画像光R*+G*が第2の合成用ダイ
クロイックミラー86を透過し、青色画像光B* が第2
の合成用ダイクロイックミラー86で図示左方に直角に
反射されることにより、黄色画像光R*+G*と青色画像
光B* とが合成されて、カラービデオ信号に応じて変調
された白色画像光R*+G*+B* に変換される。白色画
像光R*+G*+B* は、投写レンズ78によりスクリー
ン(不図示)に拡大投射され、スクリーンにカラー画像
が投写される。
1の合成用ダイクロイックミラー84で合成されて黄色
画像光R*+G*に変換されたのち、第2の合成用ダイク
ロイックミラー86に入射する。また、青色画像光B*
は、合成用反射ミラー85で図示上方に直角に反射され
たのち、第2の合成用ダイクロイックミラー86に入射
する。そして、黄色画像光R*+G*が第2の合成用ダイ
クロイックミラー86を透過し、青色画像光B* が第2
の合成用ダイクロイックミラー86で図示左方に直角に
反射されることにより、黄色画像光R*+G*と青色画像
光B* とが合成されて、カラービデオ信号に応じて変調
された白色画像光R*+G*+B* に変換される。白色画
像光R*+G*+B* は、投写レンズ78によりスクリー
ン(不図示)に拡大投射され、スクリーンにカラー画像
が投写される。
【0084】本実施例の画像投射装置は、赤,緑,青の
各色の非偏光光PR,PG,PB ごとに板状偏光素子をも
つことにより、以下に示す効果を有する。
各色の非偏光光PR,PG,PB ごとに板状偏光素子をも
つことにより、以下に示す効果を有する。
【0085】(1)赤色用板状偏光素子41R ,緑色用
板状偏光素子41G および青色用板状偏光素子41B の
各単位に用いられている1/4波長板および偏光分離作
用膜(図1参照)の波長依存性を零にすることは困難で
あるため、非偏光光である平行白色光PR+PG+PBを
入射光とするよりも、赤,緑,青の各色の非偏光光
PR,PG,PB を入射光とした方が光の利用効率の向上
が図れる。
板状偏光素子41G および青色用板状偏光素子41B の
各単位に用いられている1/4波長板および偏光分離作
用膜(図1参照)の波長依存性を零にすることは困難で
あるため、非偏光光である平行白色光PR+PG+PBを
入射光とするよりも、赤,緑,青の各色の非偏光光
PR,PG,PB を入射光とした方が光の利用効率の向上
が図れる。
【0086】(2)一般に光源71は有限な径を有する
ため、光源71から発せられる白色光は必ず有限の拡が
り角をもつ。また、有限の拡がり角をもつ光のビーム径
を何らかの光学系によって圧縮すると、ビーム径の圧縮
比に逆比例して拡がり角が大きくなる。したがって、図
14に示した従来の画像投影装置では、偏光変換ユニッ
トと液晶ライトバルブ117 までの距離が大きいため、有
限の拡がり角をもつ光のビーム径を圧縮しても、光の拡
がり角の増加により液晶ライトバルブ117 への集光効率
が低下する。一方、本実施例の画像投影装置では、薄い
平板形状の板状偏光素子を用いているため、板状偏光素
子を液晶ライトバルブに近接して設置できるので、赤,
緑,青の各色の非偏光光PR,PG,PB の拡がり角の増
加による液晶ライトバルブへの集光効率の低下を防げ
る。
ため、光源71から発せられる白色光は必ず有限の拡が
り角をもつ。また、有限の拡がり角をもつ光のビーム径
を何らかの光学系によって圧縮すると、ビーム径の圧縮
比に逆比例して拡がり角が大きくなる。したがって、図
14に示した従来の画像投影装置では、偏光変換ユニッ
トと液晶ライトバルブ117 までの距離が大きいため、有
限の拡がり角をもつ光のビーム径を圧縮しても、光の拡
がり角の増加により液晶ライトバルブ117 への集光効率
が低下する。一方、本実施例の画像投影装置では、薄い
平板形状の板状偏光素子を用いているため、板状偏光素
子を液晶ライトバルブに近接して設置できるので、赤,
緑,青の各色の非偏光光PR,PG,PB の拡がり角の増
加による液晶ライトバルブへの集光効率の低下を防げ
る。
【0087】次に、本発明の画像投射装置の第3の実施
例について説明する。
例について説明する。
【0088】本実施例の画像投射装置が図11に示した
画像投射装置と異なる点は、緑色用板状偏光素子41G
および青色用板状偏光素子41B の代わりに、第1の分
解用ダイクロイックミラー81と第2の分解用ダイクロ
イックミラー82との間(緑色の非偏光光PG と青色の
非偏光光PB との共通光路)に設けられたシアン用板状
偏光素子を有することである。
画像投射装置と異なる点は、緑色用板状偏光素子41G
および青色用板状偏光素子41B の代わりに、第1の分
解用ダイクロイックミラー81と第2の分解用ダイクロ
イックミラー82との間(緑色の非偏光光PG と青色の
非偏光光PB との共通光路)に設けられたシアン用板状
偏光素子を有することである。
【0089】複数の板状偏光素子を用いる場合には、光
源から発せられる光の利用効率および色ムラの発生抑圧
の点から、各板状偏光素子は光学的に等価な位置(光の
進行方向および振幅などが等価な位置)にそれぞれ配置
された方がよいため、図11に示した画像投射装置のよ
うに構成することが望ましいが、部品点数の削減を優先
する場合などでは、本実施例の画像投射装置のように構
成して、板状偏光素子の個数を減らしても、従来の画像
投射装置よりも光の利用効率を向上をさせることができ
るとともに、装置全体のコンパクト化も図れる。
源から発せられる光の利用効率および色ムラの発生抑圧
の点から、各板状偏光素子は光学的に等価な位置(光の
進行方向および振幅などが等価な位置)にそれぞれ配置
された方がよいため、図11に示した画像投射装置のよ
うに構成することが望ましいが、部品点数の削減を優先
する場合などでは、本実施例の画像投射装置のように構
成して、板状偏光素子の個数を減らしても、従来の画像
投射装置よりも光の利用効率を向上をさせることができ
るとともに、装置全体のコンパクト化も図れる。
【0090】なお、図11に示した画像投射装置におい
て、各色用の板状偏光素子41R,41G,41B とし
て、図5〜図9に示した各単位20a,20b,30,
30a,30bからなる板状偏光素子、または図4に示
した板状偏光素子41aを用いてもよい。
て、各色用の板状偏光素子41R,41G,41B とし
て、図5〜図9に示した各単位20a,20b,30,
30a,30bからなる板状偏光素子、または図4に示
した板状偏光素子41aを用いてもよい。
【0091】本発明の画像投射装置の構成は、図10お
よび図11に示した構成に限定されることはなく、たと
えば、特開昭62ー59919号公報のように、各色フ
ィルタを用いて白色光を各色光に分解し、液晶ライトバ
ルブで変調された各色光をキューブプリズムで合成する
画像投射装置において、各色フィルタごとに図3に示し
た板状偏光素子41を配置してもよい。また、特開昭6
2ー1391号公報のように、第1のキューブプリズム
で白色光を各色光に分解し、反射型液晶ライトバルブで
変調された各色光を第2のキューブプリズムで合成する
画像投射装置において、第1のキューブプリズムの各色
光の出射面に図3に示した板状偏光素子41を配置して
もよい。
よび図11に示した構成に限定されることはなく、たと
えば、特開昭62ー59919号公報のように、各色フ
ィルタを用いて白色光を各色光に分解し、液晶ライトバ
ルブで変調された各色光をキューブプリズムで合成する
画像投射装置において、各色フィルタごとに図3に示し
た板状偏光素子41を配置してもよい。また、特開昭6
2ー1391号公報のように、第1のキューブプリズム
で白色光を各色光に分解し、反射型液晶ライトバルブで
変調された各色光を第2のキューブプリズムで合成する
画像投射装置において、第1のキューブプリズムの各色
光の出射面に図3に示した板状偏光素子41を配置して
もよい。
【0092】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は次のよう
な効果がある。
な効果がある。
【0093】請求項1から請求項8の発明は、分割部と
反射部と変調部と反射手段とを有する単位の入射光の進
行方向に対する大きさを非常に小さくすることができる
ため、板状偏光素子のコンパクト化が図れる。
反射部と変調部と反射手段とを有する単位の入射光の進
行方向に対する大きさを非常に小さくすることができる
ため、板状偏光素子のコンパクト化が図れる。
【0094】また、請求項9から請求項11の発明は、
光源から発せられた非偏光光をほとんど損失なく板状偏
光素子で偏光光に変換することができるため、光の利用
効率を向上させることができるとともに、板状偏光素子
と画像発生器との間の距離を小さくすることができるた
め、装置全体のコンパクト化が図れる。
光源から発せられた非偏光光をほとんど損失なく板状偏
光素子で偏光光に変換することができるため、光の利用
効率を向上させることができるとともに、板状偏光素子
と画像発生器との間の距離を小さくすることができるた
め、装置全体のコンパクト化が図れる。
【図1】本発明の板状偏光素子の第1の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図2】図1に示した第1および第2の反射体の機能を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図3】図1に示した単位を複数並べて板状偏光素子を
構成した一構成例を示す部分図である。
構成した一構成例を示す部分図である。
【図4】図1に示した単位を複数並べて板状偏光素子を
構成した他の構成例を示す部分図である。
構成した他の構成例を示す部分図である。
【図5】本発明の板状偏光素子の第2の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図6】本発明の板状偏光素子の第3の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図7】本発明の板状偏光素子の第4の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図8】本発明の板状偏光素子の第5の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図9】本発明の板状偏光素子の第6の実施例を示す、
板状偏光素子の単位の構成図である。
板状偏光素子の単位の構成図である。
【図10】本発明の画像投影装置の第1の実施例を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図11】本発明の画像投影装置の第2の実施例を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図12】この種の投写型表示装置の従来例の一つを示
す要部構成図である。
す要部構成図である。
【図13】この種の投写型表示装置の他の従来例を示す
要部構成図である。
要部構成図である。
【図14】特開昭61−90584号公報に記載されて
いる投写型表示装置を示す要部構成図である。
いる投写型表示装置を示す要部構成図である。
【図15】図14の投写表示装置において並列照明方式
を適用したときの問題点を説明する図である。
を適用したときの問題点を説明する図である。
20,201〜205,20a,20b,30,30a,
30b 単位 211〜213 入射側プリズム 221,222 出射側プリズム 231,232 1/4波長板 241,242,34 偏光分離作用膜 251,252 全反射ミラー 26,36 1/2波長板 271,272,37 反射体 311〜313 ガラス部材 35 全反射膜 41,41a 板状偏光素子 41R 赤色用板状偏光素子 41G 緑色用板状偏光素子 41B 青色用板状偏光素子 61,71,90 光源 62,72,91 反射ミラー 63,73 熱線カットフィルタ 64,74 第1のコンデンサレンズ 65 第2のコンデンサレンズ 66 液晶ライトバルブ 67 偏光板 68,78 投写レンズ 75R 赤用コンデンサレンズ 75G 緑用コンデンサレンズ 75B 青用コンデンサレンズ 76R 赤用液晶ライトバルブ 76G 緑用液晶ライトバルブ 76B 青用液晶ライトバルブ 77R 赤用偏光板 77G 緑用偏光板 77B 青用偏光板 81 第1の分解用ダイクロイックミラー 82 第2の分解用ダイクロイックミラー 83 分解用反射ミラー 84 第1の合成用ダイクロイックミラー 85 合成用反射ミラー 86 第2の合成用ダイクロイックミラー P,P1,P2,P3,P4 入射光 LP,LP1,LP2 P偏光光 LS,LS1,LS2 S偏光光 LP *,LP1 *,LP2 * 変換されたP偏光光 LS *,LS1 *,LS2 * 変換されたS偏光光 PR+PG+PB 平行白色光 PR 赤色の非偏光光 PG 緑色の非偏光光 PB 青色の非偏光光 R* 赤色画像光 G* 緑色画像光 B* 青色画像光 R*+G* 黄色画像光 R*+G*+B* 白色画像光
30b 単位 211〜213 入射側プリズム 221,222 出射側プリズム 231,232 1/4波長板 241,242,34 偏光分離作用膜 251,252 全反射ミラー 26,36 1/2波長板 271,272,37 反射体 311〜313 ガラス部材 35 全反射膜 41,41a 板状偏光素子 41R 赤色用板状偏光素子 41G 緑色用板状偏光素子 41B 青色用板状偏光素子 61,71,90 光源 62,72,91 反射ミラー 63,73 熱線カットフィルタ 64,74 第1のコンデンサレンズ 65 第2のコンデンサレンズ 66 液晶ライトバルブ 67 偏光板 68,78 投写レンズ 75R 赤用コンデンサレンズ 75G 緑用コンデンサレンズ 75B 青用コンデンサレンズ 76R 赤用液晶ライトバルブ 76G 緑用液晶ライトバルブ 76B 青用液晶ライトバルブ 77R 赤用偏光板 77G 緑用偏光板 77B 青用偏光板 81 第1の分解用ダイクロイックミラー 82 第2の分解用ダイクロイックミラー 83 分解用反射ミラー 84 第1の合成用ダイクロイックミラー 85 合成用反射ミラー 86 第2の合成用ダイクロイックミラー P,P1,P2,P3,P4 入射光 LP,LP1,LP2 P偏光光 LS,LS1,LS2 S偏光光 LP *,LP1 *,LP2 * 変換されたP偏光光 LS *,LS1 *,LS2 * 変換されたS偏光光 PR+PG+PB 平行白色光 PR 赤色の非偏光光 PG 緑色の非偏光光 PB 青色の非偏光光 R* 赤色画像光 G* 緑色画像光 B* 青色画像光 R*+G* 黄色画像光 R*+G*+B* 白色画像光
Claims (11)
- 【請求項1】 光源手段より出射された非偏光光を偏光
光に変換する単位が、複数並べられて構成された板状偏
光素子であって、 前記単位が、 前記非偏光光の一部分を互いに偏光面が直交する反射光
および透過光に分割する分割部と、 前記反射光および前記透過光の一方を反射して他方の進
行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部と、 前記反射光および前記透過光の少なくとも一方の偏光面
を変化させて両者の偏光面を一致させる変調部と、 前記分割部に入射する以外の前記非偏光光の他の部分を
反射して前記光源手段に戻す反射手段とを有し、 該反射手段で反射された前記非偏光光の他の部分を前記
光源手段を介して前記分割部で受けることを特徴とする
板状偏光素子。 - 【請求項2】 前記分割部が、各々が前記非偏光光に対
してほぼ同じ角度の傾きをもち一方からの反射光が他方
へ向かうよう互いに向き合う一対の分割面にそれぞれ設
けられた偏光分離作用膜であり、 前記変調部が、前記一対の分割面の互いに向き合う面の
前記偏光分離作用膜と反対側にそれぞれ設けられた1/
4波長板であり、 前記反射部が、前記一対の分割面の一方からの反射光を
他方の分割面に設けられた前記1/4波長板および前記
偏光分離作用膜を介して反射する、前記一対の分割面を
挟む一対の反射面であることを特徴とする請求項1の板
状偏光素子。 - 【請求項3】 前記1/4波長板の代わりに、1/2波
長板が前記一対の分割面の間に設けられていることを特
徴とする請求項2の板状偏光素子。 - 【請求項4】 前記1/2波長板が前記一対の分割面の
間の光路の中間に配されていることを特徴とする請求項
3の板状偏光素子。 - 【請求項5】 前記分割部が前記非偏光光に対して斜設
され、前記反射部が前記分割部に対して平行に配され、
前記変調部として1/2波長板が前記反射光の光路に配
されていることを特徴とする請求項1の板状偏光素子。 - 【請求項6】 前記1/2波長板は、前記反射部で反射
された前記反射光の光路に配されていることを特徴とす
る請求項5の板状偏光素子。 - 【請求項7】 前記1/2波長板は、前記分割部と前記
反射部との間に配されていることを特徴とする請求項5
の板状偏光素子。 - 【請求項8】 前記分割部が前記非偏光光に対して斜設
され、前記反射部が前記分割部に対して平行に配され、
前記変調部として1/2波長板が前記透過光の光路に配
されていることを特徴とする請求項1の板状偏光素子。 - 【請求項9】 非偏光光を発する光源と、該光源からの
非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記偏光光
をビデオ信号に応じて変調することにより画像を発生せ
しめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光学系と
を備える画像投影装置において、 前記照明光学系が、請求項1乃至請求項8いずれか1項
の板状偏光素子を有することを特徴とする画像投影装
置。 - 【請求項10】 非偏光光を発する光源と、該光源から
の非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記偏光
光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を発生
せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光学系
とを備える画像投影装置において、 前記画像発生器が、赤,緑,青の各色の画像を発生させ
る3個の発生器を有し、 前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青の各色の
非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非偏光光の
光路のそれぞれに設けられた請求項1乃至請求項8いず
れか1項の板状偏光素子とを有することを特徴とする画
像投影装置。 - 【請求項11】 非偏光光を発する光源と、該光源から
の非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、前記偏光
光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を発生
せしめる画像発生器と、前記画像を投影する投影光学系
とを備える画像投影装置において、 前記画像発生器が、赤,緑,青の各色の画像を発生させ
る3個の発生器を有し、 前記照明光学系が、前記非偏光光を赤,緑,青の各色の
非偏光光に分解する色分解系と、前記各色の非偏光光の
うち2色の非偏光光の共通光路および他の1色の非偏光
光の光路のそれぞれに設けられた請求項1乃至請求項8
いずれか1項の板状偏光素子とを有することを特徴とす
る画像投影装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3176735A JPH0522734A (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 板状偏光素子および該素子を備える画像投影装置 |
US08/146,801 US5381278A (en) | 1991-05-07 | 1993-11-01 | Polarization conversion unit, polarization illumination apparatus provided with the unit, and projector provided with the apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3176735A JPH0522734A (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 板状偏光素子および該素子を備える画像投影装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0522734A true JPH0522734A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=16018879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3176735A Pending JPH0522734A (ja) | 1991-05-07 | 1991-07-17 | 板状偏光素子および該素子を備える画像投影装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0522734A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5764412A (en) * | 1994-10-15 | 1998-06-09 | Fujitsu Limited | Polarization separation/conversion device for polarized lighting apparatus and projection display unit |
-
1991
- 1991-07-17 JP JP3176735A patent/JPH0522734A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5764412A (en) * | 1994-10-15 | 1998-06-09 | Fujitsu Limited | Polarization separation/conversion device for polarized lighting apparatus and projection display unit |
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