JPH05264815A - 光学偏光分離器及びディスプレイシステムにおけるその応用 - Google Patents

光学偏光分離器及びディスプレイシステムにおけるその応用

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JPH05264815A
JPH05264815A JP4336941A JP33694192A JPH05264815A JP H05264815 A JPH05264815 A JP H05264815A JP 4336941 A JP4336941 A JP 4336941A JP 33694192 A JP33694192 A JP 33694192A JP H05264815 A JPH05264815 A JP H05264815A
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liquid crystal
separator
light
refractive index
thin plate
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JP4336941A
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Jean-Claude Lehureau
ジヤン−クロード・ルユロー
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、軽量の偏光分離器を提供する。 【構成】 分離器SPは2つの透明薄板1、2を含み、こ
れらの透明薄板の間に液晶層3が挟まれる。例えば、光
ビームは、薄板2の面20を通ってその装置の中に入り、
後述されるように薄板1、2の面21、22を通って出てい
く。薄板1、2の屈折率nは、例えば1.65である。液晶
の屈折率は、例えば、常屈折率ではn=1.5 であり、異
常屈折率ではne =1.65である。この液晶の屈折率の一
方、例えば異常屈折率は、薄板1の屈折率に実質的に等
しい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学偏光分離器及びデ
ィスプレイシステムでのその応用に係わる。特に、本発
明による装置は、偏光されていない1つの光ビームにつ
いて2つの偏光を分離させ、更に、好ましい応用例にお
いては、これらの2つの偏光を液晶スクリーンのような
電子−光学ディスプレイ装置へと透過させる。
【0002】
【従来の技術】光源の未使用の偏光を回収し、それを分
離し回転させたあとで直接偏光に加えるという原理が、
既に多くの特許と出版物で論じられている。一般的に、
偏光は、誘電多層上の反射/透過(ブルースター角の使
用)によって又はキラル構造上の円偏光成分のブラッグ
反射によって分離させられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、こうした分離
器は、その受入れアパチャと波長領域とにおいて制限さ
れている。
【0004】再結合のための回転は、一般的に、1組の
鏡、又は、ねじれネマチック構造によって行われる。こ
の再結合は、一般的に、多数の屈折光学系を必要とし、
その効率は、2である理論値からは程遠い。これに加え
て、その偏光の品質が不十分であり、適切な画像コント
ラストを得るためには、従来の偏光子が最後に挿入され
なければならない。
【0005】更に、従来技術による既知のシステムは大
型であり且つ重量が重い。
【0006】本発明による装置は、それが必要とする有
効屈折系の数が少ないが故に、より小型で、より軽量で
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、第1
の透明薄板と第2の透明薄板との間に挟まれたネマチッ
ク液晶素子を含むことを特徴とする、光学偏光分離器に
係わり、前記液晶に接触している一方の前記透明薄板の
面が、該面に接触している液晶分子が該面に対して平行
に配向されるように処理されており、且つ、前記液晶に
接触している他方の前記透明薄板の面が、該面に接触し
ている液晶分子が前記他方の透明薄板の該面に対して垂
直に配向されるように処理される。
【0008】同様に、本発明は、前記偏光分離器を応用
したディスプレイシステムにも係わり、前記ディスプレ
イシステムは、 −偏光されていない光ビームを発生する光源と、 −前記偏光されていない光ビームを受け、同一偏光方向
に偏光された2つの光ビームを発生する偏光分離器と、 −前記偏光された2つの光ビームを受け、これらのビー
ムの強さを変調する光変調器 とを含む。
【0009】本発明の様々な目的と特徴が、添付図面を
参照して以下の説明を理解することによって、より明確
になるであろう。
【0010】
【実施例】先ず最初に、本発明による偏光分離器の実施
例を説明する。図1に示されるように、分離器SPは2つ
の透明薄板1、2を含み、これらの透明薄板の間に液晶
層3が挟まれる。例えば、光ビームは、薄板2の面20を
通ってその装置の中に入り、後述されるように薄板1、
2の面21、22を通って出ていく。薄板1、2の屈折率n
は、例えば1.65である。液晶の屈折率は、例えば、常屈
折率ではn=1.5 であり、異常屈折率ではne =1.65で
ある。この液晶の屈折率の一方、例えば異常屈折率は、
薄板1の屈折率に実質的に等しい。
【0011】従来技術として公知の技術を使用して、ポ
リイミド材料の層4、5が薄板1、2の面に付着させら
れる(図2)。本発明によれば、層4の付着の後に、薄
板1が、予め決められた方向に摩擦する等の処理を受
け、その結果として、組み立てられた分離器において
は、層4に接触している液晶3の分子が、層4の平面に
対して平行に、且つ、摩擦方向である前記予め決められ
た方向に並べられる。
【0012】従来技術として公知の別の技術を使用し
て、層5が、ポリシラン溶液中への浸漬と乾燥とによっ
て処理される。その時に、層5と接触している液晶分子
は層5の平面に対して垂直である。
【0013】従って、薄板1と薄板2との間の液晶分子
の配置は、薄板2から薄板1に向かっての分子位置の変
化を観察する時、その液晶分子が先ず最初に薄板2に対
して垂直であり、それに続いて、薄板1の平面に対して
平行である層4に液晶分子が接触するまで、次第に大き
く傾斜していくような配置である。
【0014】液晶分子が傾斜する方向は、「ねじれネマ
チック」構造と呼ばれる構造全てに関してそれが公知で
あるように、表面の僅かな不整列(misalignment)によ
って決定される。この不整列、即ち、「予傾斜(pretil
t )」は、摩擦方向を選択することによって選択される
ことが可能である。
【0015】図2は、本発明による分離器SPの動作の1
つのモードを示す。説明を容易にするために、少なくと
も薄板1が厚いということと、処理されるべきビームF1
が薄板1の端面(面20)を経由してその装置の中に入る
ということを仮定する。これに加えて、その液晶の常屈
折率と異常屈折率の間に大きな差異がある。更に、これ
らの屈折率の一方が、薄板1の屈折率に実質的に等し
い。
【0016】入射ビームF1は、面1と液晶3との間の境
界面に対するビームF1の入射面が、薄板1と接触した液
晶分子の配向方向に対して垂直であるように、面1と液
晶3の間の境界面に向けて方向付けられる。
【0017】この入射面に対して平行な偏光Pが、その
出射光線の屈折率が前記液晶の常屈折率に等しい屈折光
学系に到達する。入射角がアークサイン(n0 /n)
(nはガラスの屈折率であり、n0 は液晶の屈折率であ
る)を上回るならば、全反射が起こり、偏光Pが維持さ
れる。
【0018】入射面に対して垂直な偏光Sが、その出射
光線の屈折率が液晶の異常屈折率に等しい屈折光学系に
到達する。この屈折率は、常に液晶の常屈折率よりも大
きい。ここでは、それがガラスの屈折率に等しい(即
ち、ne =n)場合を考える。この偏光は、境界面にお
いて反射も部分反射されることもなく液晶を透過する。
【0019】偏光Sは、大きく傾いた入射角において液
晶を通過し、液晶の準線の回転の故に回転させられる。
実際には、このセルの厚さは数ミクロンであり、その回
転のピッチは、その光の波長に比較して大きい。Maugui
n 条件が満たされ、その偏光は準線の回転に従って回転
する。その光は偏光Pを伴って液晶から出ていく。その
境界面における屈折率はnに非常に近く、ごく僅かの光
しか反射されない。例えば、この屈折率が1.5/1.65であ
る場合には、最小屈折率はアークサイン(1.5/1.65)であ
る。液晶から出ていく時に、その入射角は約2°だけ増
大し、その準線は23°の角度に見える。その屈折率は形
式ne sin2 (i)+n0 cos2 (i)の法則に従
い、約1.62である。この入射においては、偏光Pの約
0.1%だけが、屈折率1.62/1.65 の境界面で反射される
に過ぎない。
【0020】図3から分るように、薄板1に接触した液
晶分子に対して平行な(従ってビームF1の入射面に対し
て垂直な)方向Sに偏光されたビームF1の光は、薄板1
と液晶との間の境界面においては偏向させられない。こ
の光の偏光面は、液晶を通過していくにつれて回転させ
られ、出射ビームF3は、薄板2と接触した液晶分子に平
行に、即ち、薄板2に対して垂直な平面に対して平行に
偏光される。言い換えれば、ビームF3は、入射ビームに
対して平行に偏光される。
【0021】入射面に対して平行な方向Pに偏光された
ビームF1の光は、同一偏光のビームF2として反射され
る。
【0022】液晶中の光路Δn.e は、そのビームの1/2
波長に比較して非常に長くなければならない。ビームが
高い屈折角i を有する時に、この条件が満たされるとい
うことに留意すべきである。
【0023】次に、本発明によるディスプレイ装置の製
作方法を説明する。
【0024】図4aは、光源6、楕円集光器7、及び分離
器SPの組合せを表す。光源6と液晶層3との相対的な大
きさは、入射面内のそれらの幾何学的寸法によって与え
られる。即ち、 −光源に関しては:E=2πL(図4b参照)、 −層3に関しては:E′=(nL′cos(i)di)
min から90°まで(例えば屈折率1.5/1.65の場合には
E′=0.8 L′)(図4c参照)。
【0025】実際には、デバイスについてのアパチャの
関数としての表面アクセプタンスは光源についてのそれ
とは異なっている。光源によって放射される光線の全て
を集めることを可能にするために薄板の長さを光源の大
きさの10〜30倍(例えば20倍)に選択することが好まし
い。
【0026】入射面に対して垂直な平面内では、そのア
パチャは、分離器の中に入る光線が液晶の準線を“見
る”角度によってしか制限されない。この制限は僅かで
あり、そのアクセプタンス角度は大気中ではπに近い。
【0027】図5は、本発明によるシステムを具体化す
るプロジェクタの実際的形状を示す。この図は、分離器
SP、光源6、及び反射器7を示す。分離器SPによって出
力されるビームF2、F3は、光変調スクリーン8を照明す
る。
【0028】この光変調器は、例えば液晶スクリーンの
ような電子−光学スクリーンであることが可能である。
【0029】分離器SPを通過する偏光が極めて効率的に
集光されるということは、画像の2つの1/2 部分の間の
色彩上の相違が観察者に知覚されることなく画像の一方
の1/2 部分を照明するためにこの偏光を使用することが
できることを意味する。しかし、装置8の表面アクセプ
タンスが中央線(i=90°、cos(i)=0)ではゼ
ロであるので、出口プリズムが、2つの1/2 ビームを集
束させるために設けられており、従って、画像の中心に
おける全ての暗線を除去することが可能となる。図4に
示されるように、2つの薄板が、プリズムとして働くよ
うに「斜め」に切られた出口面を有し、このことは、2
つの出口ビームの2つのローブ(lobe)が重なり合うこ
とを可能にする。しかし、スクリーン8の出力を照明す
る2つのローブを一緒にするために分離器SPから出るビ
ームを偏向させることのできる他の装置を備えることも
可能である。
【0030】これに加えて、図5では、光源と分離器SP
との間に集束レンズが示され、さらに投射システムの出
口に出射光学部分(対物レンズ)が示されている。
【0031】図4のシステムを、投射システムとして説
明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、該シス
テムを、直視形ディスプレイ装置として動作するように
構成することが可能である。
【0032】上記の説明が単なる一例であり、本発明の
範囲から逸脱することなく他の多くの変形が検討される
ことが可能である。特に、上記の数値は、例として提示
されたにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による偏光分離器の説明図である。
【図2】本発明による偏光分離器の説明図である。
【図3】本発明による偏光分離器の説明図である。
【図4a】本発明によるディスプレイシステムの実施例
の説明図である。
【図4b】本発明によるディスプレイシステムの実施例
の説明図である。
【図4c】本発明によるディスプレイシステムの実施例
の説明図である。
【図5】本発明によるディスプレイシステムの別の実施
例の説明図である。
【符号の説明】
1、2 透明薄板 3 液晶層 4、5 ポリイミド材料層 6 光源 7 反射器 8 光変調スクリーン SP 分離器 F1 入射ビーム F2、F3 偏光ビーム P、S 偏光

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の透明薄板と第2の透明薄板との間
    に挟まれたネマチック液晶素子を有する偏光分離器であ
    って、前記液晶に接触している一方の前記透明薄板の面
    が、該面に接触している液晶分子が該面に対して平行に
    配向されるように処理されており、且つ、前記液晶に接
    触している他方の前記透明薄板の面が、該面に接触して
    いる液晶分子が前記他方の透明薄板の該面に対して垂直
    に配向されるように処理されていることを特徴とする光
    学偏光分離器。
  2. 【請求項2】 前記第1の面と接触している前記液晶分
    子が、処理されるべき光ビームの入射面に対して垂直で
    あることを特徴とする請求項1に記載の分離器。
  3. 【請求項3】 前記液晶が、前記処理されるべき光ビー
    ムの第1の偏光に対しては前記第1の透明薄板の材料の
    屈折率に実質的に等しい屈折率を有し、前記処理される
    べき光ビームの第2の偏光に対しては前記第1の透明薄
    板の材料の屈折率とは異なった屈折率を有することを特
    徴とする請求項1に記載の光分離器。
  4. 【請求項4】 処理されるべき光ビームが、前記液晶分
    子がその一つの面に平行に配向されるように処理された
    前記透明薄板を経由して前記分離器の中に入ることを特
    徴とする請求項1に記載の分離器。
  5. 【請求項5】 偏光されていない光ビームを発生する光
    源と、前記偏光されていない光ビームを受けて、同一偏
    光方向に偏光された2つの光ビームを発生する偏光分離
    器と、前記偏光された2つの光ビームを受けて、前記2
    つの光ビームの強さを変調する光変調器とを含むことを
    特徴とする請求項1に記載の光分離器を応用したディス
    プレイシステム。
  6. 【請求項6】 前記偏光された2つの光ビームの各々
    が、前記光変調器の概ね半分を照明することを特徴とす
    る請求項4に記載のディスプレイシステム。
  7. 【請求項7】 前記光変調器が電子−光学変調器である
    ことを特徴とする請求項4に記載のディスプレイシステ
    ム。
  8. 【請求項8】 前記電子−光学変調器が液晶スクリーン
    であることを特徴とする請求項6に記載のディスプレイ
    システム。
  9. 【請求項9】 前記分離器から2つのビームが一緒に出
    てくるようにするための偏向手段を前記分離器と前記光
    変調器との間に含むことを特徴とする請求項1に記載の
    ディスプレイシステム。
  10. 【請求項10】 前記分離器の前記透明薄板の出口面の
    少なくとも一方が、偏向プリズムの代わりをするように
    傾斜していることを特徴とする請求項8に記載のディス
    プレイシステム。
JP4336941A 1991-12-20 1992-12-17 光学偏光分離器及びディスプレイシステムにおけるその応用 Pending JPH05264815A (ja)

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FR9115900A FR2685500B1 (fr) 1991-12-20 1991-12-20 Separateur optique de polarisations et application a un systeme de visualisation.
FR9115900 1991-12-20

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EP (1) EP0549406B1 (ja)
JP (1) JPH05264815A (ja)
KR (1) KR100304992B1 (ja)
DE (1) DE69217638T2 (ja)
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DE69217638D1 (de) 1997-04-03

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