JPH06258600A

JPH06258600A - 偏光光源装置及び画像表示装置

Info

Publication number: JPH06258600A
Application number: JP5048351A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Mizuguchi; 義弘水口; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-09-16

Abstract

(57)【要約】【目的】偏光光源装置及び画像表示装置において、光
源からの自然偏光を１００％直線偏光に変換でき、明る
く、小型軽量であり、製作が容易なものとする。【構成】光源１から広帯域偏光ビームスプリッタ４側
に向けて発せられた光束は、レンズ２によりほぼ平行化
されて広帯域偏光ビームスプリッタ４に入射する。広帯
域偏光ビームスプリッタ４は、入射光を２つの偏光成分
に分離し、一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を
光源１側に反射させる。その反射した他方の偏光成分
は、屋根型反射鏡５に入射し、この屋根型反射鏡５によ
り一方の偏光成分に変換されて光源側に反射される。そ
の変換・反射された一方の偏光成分は、今度は、広帯域
偏光ビームスプリッタ４を透過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光源からの自然偏光の
全てを特定方位の直線偏光に変換する偏光光源装置、お
よび偏光光源装置にて変換された直線偏光の光変調によ
り画像を形成する画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記画像表示装置として、従来、代表的
な光変調装置であるねじれネマチック（ＴＮ）型液晶表
示器を使用した投射型の液晶プロジェクタが知られてい
る。この液晶プロジェクタは、直線偏光を液晶表示器に
照射して光変調を行った後、投影レンズでスクリーン上
に表示画像の拡大表示を行うものである。

【０００３】上記液晶表示器では、その光線入射側と出
射側のそれぞれに偏光子、検光子と呼ばれる２枚の偏光
板が、その偏光方位が互いに直交するように、或は平行
となるように配置されており、照明光の中から偏光子に
よって直線偏光を取り出して光変調を行うように構成さ
れている。

【０００４】かかる構成の液晶表示器においては、以下
のような問題がある。即ち、液晶表示器が利用できる照
明光の有効な成分は、偏光子の方位に沿ったものに限ら
れてしまい、透過できなかった不要な成分は偏光板に吸
収されて熱に変換されるので、明るい表示が得られな
い。また、偏光子が液晶表示器の表面に貼付けられてい
る場合には、液晶表示器の温度上昇が液晶表示器に内蔵
されている液晶の相変化を引き起こし、表示特性が悪化
する。また、照明光が強すぎる場合には、偏光子自身の
温度上昇により偏光能が低下するという問題がある。

【０００５】上述の問題に対する従来の対策手段として
は、例えば図９に示される偏光変換光学系が提案されて
いる（特開平４−１７８６８３号）。この偏光変換光学
系は、液晶表示器７と、リフレクタ１８を備えた光源１
との間に、光源１からの白色ランダム偏光をＰ偏光とＳ
偏光とに分離するキューブ型の広帯域偏光ビームスプリ
ッタ（以降WBPBSと略する）又はそれと等価な機能を有
する光学素子１７を挿入し、この光学素子１７により、
特定の偏光成分（図中ではＰ偏光）を透過させ、それに
直交する偏光成分（図中ではＳ偏光）を側面方向に反射
させて分離する。更に、側面方向に反射された偏光を、
偏光を９０度回転させる偏光回転素子１９に透過させ、
側面方向に反射された偏光を、光学素子１７を透過した
偏光と同じ方向に揃えた後、これらの光線をプリズム２
０によって合成して液晶表示器７に照射させる構成とな
っている。この偏光変換光学系による場合には、Ｐ偏光
とＳ偏光との両方を利用することができるので偏光の利
用効率を上げることが可能となり、また液晶表示器７の
入射側に設けた偏光板の光吸収と温度上昇とを抑えるこ
とができる。

【０００６】また、上記問題に対する従来の別の対策手
段としては、図１０に示される偏光光源装置が提案され
ている（M.Schadt et al., 1990 SID International Sy
mposium Digest of Technical Papers / Volume XX
I）。この偏光光源装置は、液晶表示器７と、リフレク
タ１８を備えた光源１との間に、レンズ２１、円偏光二
色性を持つ左施性のコレステリック液晶フィルタ２２お
よび１／４波長板２３を、光源１側からこの順に挿入し
た構成となっている。この偏光光源装置による場合に
は、光源１からの自然偏光について、コレステリック液
晶フィルタ２２により右回り円偏光を透過、左回り円偏
光を反射させ、左回り成分については光源の背後に置か
れたリフレクタ８で右回り円偏光に変換し、これらの右
回り円偏光の全てをコレステリック液晶フィルタ２２に
透過させて、１／４波長板２３で直線偏光に変換する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９の
従来の偏光変換光学系ではキューブ型のWBPBS又はそれ
と等価な機能を有する光学素子１７を用いているので、
液晶表示器の表示面積が大きくなると、それに応じてキ
ューブ型のWBPBS又は光学素子１７の体積を増やさなけ
ればならない。このため偏光変換光学系はそのサイズが
大きくなり、また、その偏光変換光学系を備えた液晶プ
ロジェクタの重量も重いものとなる。また、通常の液晶
表示器においては、その偏光子の方位がキューブ型のWB
PBS又は光学素子１７の透過Ｐ偏光または反射Ｓ偏光の
どちらかに一致しているので、一般の偏光変換光学系で
はキューブ型のWBPBS又は光学素子１７を組み込むこと
が可能だが、画像のコントラストが高い領域は斜め上方
向となり、視角特性が不十分なものとなってしまう。
又、画像の上方向に良好な視角特性を得るためには、水
平、垂直軸に対して４５度方向に液晶を配向させ、かつ
偏光子の方位も同じ向きに傾ければ良いことが知られて
いるが、通常のWBPBS又は光学素子１７はキューブ型で
あるので液晶表示器の水平軸に対して斜めに傾いた偏光
成分を取り出して液晶表示器を照明するためには、液晶
画面に対して斜めに傾けた光学系が必要である。更
に、上述の偏光変換光学系では直線偏光の利用効率は上
がるものの、光線の合成を行うためにプリズム２０によ
り２方向から別々に液晶表示器を照明せねばならない。
そのために、３板方式の液晶プロジェクタでは光学系が
非常に複雑になり、投影レンズの口径を非常に大きくし
なければならなくなるという問題がある。

【０００８】一方、図１０の偏光光源装置による場合に
ついては、１／４波長板２３を使用するので、特定波長
においてのみ直線偏光が得られ、その他の波長領域では
楕円偏光となり、偏光の変換に波長依存性が生じるとい
う問題がある。

【０００９】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、光源からの自然偏光を１００％直線偏光に変換
でき、明るく、小型軽量であり、製作が容易な偏光光源
装置及び画像表示装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の偏光光源装置
は、光源と、該光源を挟む両側のそれぞれに配置され、
該光源から発せられた光束をほぼ平行化する平行手段
と、該平行手段の一方の側であって該光源とは反対側に
配置され、入射光を２つの偏光成分に分離して、一方の
偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射させる広帯域
偏光ビームスプリッタと、他方の平行手段の側であって
該光源とは反対側に配置され、該他方の偏光成分を該一
方の偏光成分に変換して光源側に反射する偏光成分変換
手段と、を具備するので、そのことにより上記目的が達
成される。

【００１１】上記広帯域偏光ビームスプリッタとして
は、複数の偏光分離面を有するものが使用できる。ま
た、複数の偏光分離面が広帯域偏光ビームスプリッタの
出射光の光軸に対して４５度の角度をなし、かつ、隣接
する偏光分離面同士が互いに直交するよう構成されてい
るものが使用できる。

【００１２】上記偏光成分変換手段としては、屋根型反
射鏡を使用できる。その屋根型反射鏡としては、広帯域
偏光ビームスプリッタからの戻り光の偏波面に対して該
屋根型反射鏡の稜線が４５度をなすように配置するのが
好ましい。また、屋根型反射鏡としては、複数の組から
構成されたものを使用できる。

【００１３】更に、偏光光源装置にて変換された直線偏
光の光変調により画像を形成する画像表示装置における
偏光光源装置としては、上述の構成とすることができ
る。

【００１４】

【作用】本発明の偏光光源装置にあっては、光源から広
帯域偏光ビームスプリッタ側に向けて発せられた光束
は、平行手段によりほぼ平行化されて広帯域偏光ビーム
スプリッタに入射する。広帯域偏光ビームスプリッタ
は、入射光を２つの偏光成分に分離し、一方の偏光成分
を透過し、他方の偏光成分を光源側に反射させる。その
反射した他方の偏光成分は、偏光成分変換手段に入射
し、この偏光成分変換手段により一方の偏光成分に変換
されて光源側に反射される。その変換・反射された一方
の偏光成分は、今度は、広帯域偏光ビームスプリッタを
透過する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る偏光光源装置を実施例に
基づいて説明する。

【００１６】（実施例１）図１は、本実施例１の偏光光
源装置の配置を示す側面図である。この偏光光源装置
は、液晶表示器７と点状の光源１との間に、レンズ２、
偏光選択素子４およびＵＶ−ＩＲフィルタ６が光源１側
からこの順に設けられており、光源１の液晶表示器７側
とは反対側にレンズ３および屋根型反射鏡５が光源１側
からこの順に設けられている。

【００１７】なお、光源１はレンズ２と３の焦点に位置
するように設けられている。上記屋根型反射鏡５は、図
２に示すように、２つの反射鏡５ａと５ｂを稜線５ｃの
箇所で互いに直角に接合した構造となっている。また、
Ａ〜Ｆは光線を示す。

【００１８】上記偏光選択素子４は、光源１からの光の
うち、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を光源１側に反射させ
る機能を持つ。具体的な構成は、図２（ｂ）に示す角柱
状の広帯域偏光ビームスプリッタ（WBPBS）４′を、図
２（ａ）に示すように４個組み合わせたものである。よ
り詳細には、細い角柱状のWBPBS４′を所定の形状に切
断し、偏光分離面４ａ同士が互いに直交して組み合わさ
れるように、接着剤などによって接合されたものであ
り、全体としては厚板状の形状を有する。

【００１９】かかる構成の偏光選択素子４は、Ｐ偏光を
透過させ、Ｓ偏光を光源側に全て反射させる機能を有す
る。なお、光の利用効率を上げるべく、該偏光選択素子
４がＳ偏光を全て光源１側に反射させるようにするため
には、WBPBS４′を偶数本使用するのが望ましい。ま
た、WBPBS４′については、可視領域にわたって一様な
特性を示し、偏光選択素子の偏光分離特性には可視領域
では波長依存性がないものを使用するのが好ましい。

【００２０】次に、本実施例１の偏光光源装置の動作に
ついて説明する。

【００２１】光源１から発したランダム偏光の白色光線
Ａは、レンズ２によって平行光線となり、偏光選択素子
４に入る。偏光選択素子４は、入射光の５０％をＰ偏光
の光線Ｂとして透過させ、残り５０％のＳ偏光の光線Ｃ
を偏光分離面４ａで２回反射して点光源１側に戻す。Ｓ
偏光の光線Ｃは、再び光源１を通過した後にレンズ３に
よって平行光線Ｄとなるが、屋根型反射鏡５により前方
（液晶表示器７側）へ進む前記Ｐ偏光の光線Ｂと同じＰ
偏光の光線Ｅへと変換される。

【００２２】上記屋根型反射鏡５による偏光変換の原理
を図３に基づいて説明する。この屋根型反射鏡５は、上
述したように、２つの反射鏡５ａと５ｂを稜線５ｃの箇
所で互いに直角に接合した構造となっている。ここで、
図３（ａ）に示すように、稜線５ｃに平行な方向をＹ軸
とし、Ｙ軸に直交する方向をＸ軸とする。この場合にお
いて、図３（ｂ）に示すように、稜線５ｃに対し偏波面
が４５度傾いた、右上がりの矢印で示す偏光Ｋが反射鏡
５ａに入射したとすると、その偏光Ｋは反射鏡５ａの上
での矢印Ｋ′の向きがＸ軸とＹ軸に挟まれた右上がりと
なって映っている。この映っている矢印は、次に、反射
鏡５ａとは直交するもう一方の反射鏡５ｂ上に映され
る。このとき、反射鏡５ｂでは、Ｘ軸だけ向きが反転し
たＸ′軸とＹ′軸との上に映される。反射鏡５ｂ上での
矢印Ｌ′はＸ′軸とＹ′軸に挟まれた左上がり方向を指
すことになるが、これを正面から眺めたとき反射鏡５ｂ
上での矢印Ｌ′の向き（偏光の方位）は、反射鏡５ａ上
の矢印とは９０度の角度をなして見える。したがって、
屋根型反射鏡５の一方である反射鏡５ａに最初入射した
偏光Ｋは、屋根型反射鏡５の作用によって直交した偏光
Ｌへと変換されて屋根型反射鏡５から出て来ることにな
る。

【００２３】このようにして変換されたＰ偏光の光線Ｅ
は、図１に示すように、光源１を再び通過した後、レン
ズ２で平行光線となり、Ｐ偏光の光線Ｆとして偏光選択
素子４を透過する。即ち、光源１からの光のうちの５０
％が偏光選択素子４によりＳ偏光とされた光線Ｃは、Ｐ
偏光の光線Ｆに変換され、その結果として入射自然偏光
の１００％が全くの無損失の状態で、つまり共にＰ偏光
の光線ＢとＦとして偏光選択素子４を通過し、液晶表示
器７を照明することになる。ここでは、光源１から前方
へ出る光線の軌跡について説明したが、光源１から後方
へ出る光線の場合でも屋根型反射鏡５で折り返されて前
方に出て来るので、同様な結果が得られる。

【００２４】したがって、本実施例による場合には、従
来型の重く大きなキューブ型ビームスプリッタを使用せ
ずに自然偏光を直線偏光に変換できるので、軽く小型の
装置で明るい表示が得られ、偏光板の光吸収と発熱を抑
えることができる。同時に、波長板を使用しないので広
い波長領域で直線偏光が得られる。

【００２５】なお、上述した偏光変換の原理において、
偏光変換が完全に行われるためには、屋根型反射鏡５の
稜線５Ｃが、その屋根型反射鏡５に入射する偏光の偏波
面と正しく４５度の角度をなしていることが必要であ
る。また、上記原理が成立するためには、各反射鏡５
ａ、５ｂでのＰ偏光成分とＳ偏光成分の位相差が０また
はπという条件を満たさなければならないので、誘電体
コーティングを施す場合は注意を要する。金属ミラーで
は位相差は生じないのでこの条件を満足する。

【００２６】上記実施例１で用いるレンズ２及び３は、
単レンズまたは２枚以上の組み合わせレンズを使用で
き、その一部または全部が非球面或はフレネルレンズで
あってもよい。より多くの光束を集めるためには、その
焦点距離が短く口径の大きなレンズが望ましい。

【００２７】図４は、Ｓ偏光をＰ偏光に完全に変換する
ために、偏光選択素子と屋根型反射鏡とをどのような関
係で配置すればよいかを例示した図であり、（ａ）と
（ｂ）の２種類の配置例について説明する。レンズ２と
３は平行光線を作る機能があるが、ここでの説明には関
係しないので、図中では省略する。

【００２８】図４（ａ）では、偏光選択素子４は細い角
柱状のWBPBS４′を配列して構成されているが、その配
列が水平方向に揃っており、Ｐ偏光とＳ偏光の方位はそ
れぞれ垂直方向と水平方向を向いている。この配列の偏
光選択素子４の場合、上述した理由に基づき、屋根型反
射鏡５はその稜線５ｃの方向がＳ偏光の方位に対して４
５度の角度をなすように配置する。その結果、屋根型反
射鏡５の作用で、Ｓ偏光は稜線５ｃを中心に折り返され
てＰ偏光となる。

【００２９】図４（ｂ）では、偏光選択素子２４は、WB
PBS４′の配列方向を水平に対し右上がり４５度に傾け
て敷き詰められ、各WBPBS４′の長手方向の両端面が斜
めに切断されており、Ｐ偏光の方位が右下がりに、Ｓ偏
光の方位が右上がりにそれぞれ４５度に傾くようになっ
ている。この偏光選択素子２４による場合は、屋根型反
射鏡５の稜線５ｃは水平方向に向いて配置されていて、
Ｓ偏光は屋根型反射鏡５の作用で右下がり４５度に傾い
たＰ偏光に変換される。

【００３０】なお、偏光選択素子４又は２４と屋根型反
射鏡５との配置関係を上述のごとく一定に保ったまま
で、これらを光軸を中心に回転させることで、必要な方
位の直線偏光を取り出せる。

【００３１】図５は、２つの反射面を有する屋根型反射
鏡５の代わりに使用することができる偏光分離手段を示
している。図５（ａ）に示す偏光分離手段は、稜線５ｃ
を多数有し、隣合う稜線５ｃ間の幅の短い、偏光選択素
子４と同じ様に細長い屋根型反射鏡２５である。図５
（ｂ）に示す偏光分離手段２６は、全反射プリズム２６
ａを平行に敷き詰めた構成である。図５に示した偏光分
離手段２５又は２６の場合には、厚みが薄いので奥行き
を短くすることができる。

【００３２】（実施例２）次に、本発明に係る画像表示
装置の実施例を具体的に説明する。

【００３３】図６は、本実施例の画像表示装置（液晶プ
ロジェクタ）を示す図である。この画像表示装置は、図
１に示した偏光光源装置を一部に用いている。なお、図
６中において光源１、レンズ２、３、偏光選択素子４お
よび屋根型反射鏡５までが偏光光源装置に該当する。ま
た、偏光選択素子４および屋根型反射鏡５は、図４
（ａ）に示すような配置となっている。

【００３４】上記偏光光源装置の偏光選択素子４の光源
１とは反対側に、ＵＶ−ＩＲフィルタ６が設けられ、こ
のＵＶ−ＩＲフィルタ６の光源１とは反対側に、４つの
ダイクロイックミラー８、９、１０、１１と、２つの反
射鏡１２ａ、１２ｂが所定の位置関係で設けられてい
る。即ち、ＵＶ−ＩＲフィルタ６の光軸と一致させてダ
イクロイックミラー８、９及び反射鏡１２ａが設けら
れ、そのうちの１つであるダイクロイックミラー８によ
り反射された光が通る部分に反射鏡１２ｂが設けられ、
この反射鏡１２ｂにより反射された光が通る部分にダイ
クロイックミラー１０、１１が設けられている。

【００３５】更に、ダイクロイックミラー９と反射鏡１
２ａとの間には、コンデンサレンズ１３、補正用偏光子
１４、液晶表示器７および検光子１５が、ダイクロイッ
クミラー９側からこの順に設けられている。また、ダイ
クロイックミラー９と１０との間には、コンデンサレン
ズ１３、補正用偏光子１４、液晶表示器７および検光子
１５が、ダイクロイックミラー９側からこの順に設けら
れている。また、反射鏡１２ｂとダイクロイックミラー
１０との間には、コンデンサレンズ１３、補正用偏光子
１４、液晶表示器７および検光子１５が、反射鏡１２ｂ
側からこの順に設けられている。

【００３６】ダイクロイックミラー１１のダイクロイッ
クミラー１０とは反対側には投影レンズ１６が設けら
れ、この投影レンズ１６を透過した光が図示しないスク
リーンに投影されるようになっている。

【００３７】このように構成された画像表示装置は、白
色光源１からの照明光を上記偏光光源装置で直線偏光に
変換してＵＶ−ＩＲフィルタ６を透過させ、ダイクロイ
ックミラー８、９で赤、青、緑に色分解する。各色の光
は、コンデンサレンズ１３で集光され、各色の光に対応
する液晶表示器７に照射される。それぞれの液晶表示器
７及び検光子１５を透過した光は、ダイクロイックミラ
ー１０、１１により再び色合成され、投影レンズ１６を
通して図示されていないスクリーンへ拡大投影される。

【００３８】各液晶表示器７は、透過型のものであり、
それぞれが映像信号に基づいて照明光を変調する。この
変調は、入射光に対して出射光の偏光方位を９０度回転
させるものである。なお、この実施例では、偏光選択素
子４および屋根型反射鏡５は図４（ａ）に示すような配
置となっているので、Ｐ偏光は紙面に平行、Ｓ偏光は紙
面に垂直であり、屋根型反射鏡５の稜線５ｃがＳ偏光に
対して４５度傾いている。

【００３９】したがって、本実施例の画像表示装置にお
いては、屋根型反射鏡５の作用により、液晶表示器７に
備わった偏光板の光吸収と発熱とを抑えることができ、
またスクリーン上の画像が従来のプロジェクタの２倍の
明るさにできる。また、図９のような重く大きな光学系
を使用しないので、プロジェクタの重量と大きさは増加
せず、従来の光源を本発明の偏光光源装置に置き換える
だけでこれまでの光学系がそのまま使えるという利点が
ある。さらに偏光の合成は平行光を重ねて行われるの
で、ダイクロイックミラーに入射する光線の入射角はど
こでも一定となり、角度分布の不均一で生ずる色ムラが
見られず、液晶表示器内で均一な画像が得られるという
効果がある。

【００４０】（実施例３）本発明に係る画像表示装置の
他の実施例を具体的に説明する。

【００４１】図７は、他の実施例に係る画像表示装置
（液晶プロジェクタ）の構成を示す図である。この画像
表示装置は、図１に示した偏光光源装置を一部に用いて
いる。なお、図６中において光源１、レンズ２、３、偏
光選択素子４および屋根型反射鏡５までが偏光光源装置
に該当する。また、偏光選択素子４および屋根型反射鏡
５は、図４（ｂ）に示すような配置となっている。

【００４２】上記偏光光源装置の偏光選択素子４の光源
１とは反対側に、ＵＶ−ＩＲフィルタ６が設けられ、こ
のＵＶ−ＩＲフィルタ６の光源１とは反対側に、コンデ
ンサレンズ１３、補正用偏光子１４、液晶表示器７、検
光子１５および投影レンズ１６が、ＵＶ−ＩＲフィルタ
６側からこの順に設けられている。

【００４３】上記コンデンサレンズ１３は、光軸を傾け
て形成されている。具体的には、コンデンサレンズ１３
におけるＵＶ−ＩＲフィルタ６側の光入射面と、投影レ
ンズ１６側の光出射面との間の距離、即ち厚みが、上記
光軸を挟む一方側（下側）で薄く、その反対の他方側
（上側）で厚くなっている。

【００４４】かかる構成の画像表示装置においては、直
線偏光への変換作用は先の実施例２と同じであるが、こ
の実施例３では偏光選択素子４および屋根型反射鏡５が
図４（ｂ）に示すような配置となっているので、偏光光
源装置全体が光軸を中心に回転しており、偏光の方位が
先の実施例２とは異なっている。つまり、図７中では屋
根型反射鏡５の稜線５ｃの方向は紙面に垂直であり、偏
光光源装置から取り出されるＰ偏光は稜線５ｃに対して
４５度傾いている。更に、液晶表示器７自身も光軸に対
して僅かに傾けてあり、液晶表示器７のやや斜め下から
光線を入射させ、斜め上方向から出射光を取り出して画
像を形成するようにしてある。以上のようにするのは、
低い駆動電圧で最大のコントラストを画面の上方向に得
るためである。

【００４５】図８（ａ）は、実施例３におけるＴＮ型液
晶表示器７の視角特性を示した図である。図中ｒ１軸は
液晶表示器７の入射側の液晶分子の配向ベクトル、ｒ２
軸は液晶表示器７の出射側の液晶分子の配向ベクトルで
あり、ｒ１軸とｒ２軸とは液晶表示器７の縦・横方向に
対して４５度傾いている。また、液晶分子は、入射側よ
り出射側に進むにしたがって、出射側から見て右回転す
るものである。図８（ｂ）は、液晶表示器７の基板２７
部分を示す断面図であり、液晶分子２８の配向ベクトル
ｒを矢印で示している。液晶分子２８は基板２７に対し
て僅かに傾いて配向（プレティルト）されている。

【００４６】図８（ａ）において、ｒ１軸とｒ２軸とで
挟まれた斜線部分は低電圧においても良好なコントラス
トが得られる角度領域であり、視角領域と呼ばれてい
る。この視角領域は、液晶表示器７の表示画面の法線Ｎ
よりやや縦方向に傾いた矢印Ｔに沿って光線を入射させ
れば、この方向でコントラストが最大となることが知ら
れている。これは、電圧印加時に液晶分子はプレティル
トしている方向に立ち上がって、矢印Ｔに向きを揃える
ので、この方向から観測した場合に旋光性が解消され易
くなるからである。

【００４７】この視角特性のために、配向ベクトルが液
晶表示器７の縦横方向に沿ったものならば、コントラス
トの高い領域は画面の斜め方向となる。これに対し、配
向ベクトルを４５度回転させ、視角領域を画面の上方向
に一致させると、表示画像のコントラスト分布方向は上
下に沿ったものとなり、観る者にも自然な印象を与え
る。そのためには、ｒ１軸に沿った偏光を入射させるこ
とが必要である。従来のキューブ型の偏光ビームスプリ
ッタを用いた偏光光源装置で斜め４５度に傾いた偏光を
得るためには、装置全体を回転させねばならない。この
方式では、液晶プロジェクタの構成が複雑なものとなる
だけでなく、液晶表示器７への光線の入射方向が最良の
コントラストを得る方向と一致せず、鮮明な画質が得ら
れない。しかし、本実施例の偏光光源装置では、実施例
２で述べた利点に加えて、装置全体あるいは構成部品の
一部を、光軸を中心に回転させるだけで所望の偏光方向
が得られる。なおかつ、コンデンサレンズ２０を傾ける
か、偏心レンズに置き換えるだけで、液晶表示器７への
光線の入射角度を調節でき、コントラストの鮮明な画像
を表示できるという利点がある。

【００４８】また、図７の画像表示装置では、液晶表示
器７の垂直、水平方向に対して４５度の方向に液晶分子
の配向を行い、偏光子と検光子の方位もこれに合わせて
ある。このようにした場合には、投影レンズ１６の上半
分領域から光線を出射させて、液晶プロジェクタ本体よ
りも上の方向に画像を形成できるという利点もある。本
実施例３は、偏光子の方位がこのように斜め４５度にな
されている場合のみならず、任意の角度も対象として実
施することが可能であり、偏光光源装置全体を光軸を中
心に回転させることにより、又は偏光選択手段４を構成
するWBPBSの配列と屋根型反射鏡５の向きを変えること
により、必要な方位の偏光成分を取り出して液晶表示器
７を照明し、明るく、コントラストの高い表示を得るこ
とができる。

【００４９】上記実施例２及び３において、偏光光源装
置を実施例１のように他の構成としても実施できること
はもちろんである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の偏光光源装
置を使用すれば、光源からの白色自然偏光を全て直線偏
光に変換できる。したがって、直線偏光の光変調で画像
を得る画像表示装置において、偏光板の光吸収と発熱を
抑えられ、従来よりも明るく鮮明な画質が得られ、小型
軽量な画像表示装置を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光光源装置の構成と動作を示す
図。

【図２】（ａ）は本発明で使用する偏光選択素子、
（ｂ）は該素子を構成する角柱状の広帯域偏光ビームス
プリッタの図である。

【図３】偏光変換の原理を説明する図である。

【図４】（ａ）と（ｂ）は、共にＳ偏光をＰ偏光に完全
に変換する場合の偏光選択素子と屋根型反射鏡との配置
例を示す図である。

【図５】（ａ）は細長い屋根型反射鏡と平行に敷き詰め
られた反射鏡と偏光選択素子の配置例を示す図、（ｂ）
は細長い全反射プリズムを平行に敷き詰めた全反射プリ
ズムと偏光選択素子の配置例を示す図である。

【図６】本発明に係る画像表示装置の実施例を示す図で
ある。

【図７】本発明に係る画像表示装置の他の実施例を示す
図である。

【図８】（ａ）は実施例３で用いられるＴＮ型液晶表示
器の視角特性を説明するための図（斜視図）であり、
（ｂ）は液晶分子の配向状態と配向ベクトルを定義する
ための図（断面図）である。

【図９】従来の偏光変換光学系の構成を示す図である。

【図１０】従来のコレステリック液晶フィルタと１／４
波長板を用いた偏光光源装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１光源２、３レンズ４、２４偏光選択素子４ａ偏光分離面４′ 広帯域偏光ビームスプリッタ（WBPBS）５、２５屋根型反射鏡５ａ、５ｂ反射鏡５ｃ稜線６ＵＶ−ＩＲフィルタ７液晶表示器８〜１１ダイクロイックミラー１２ａ、１２ｂ反射鏡１３コンデンサレンズ１４補正用偏光子１５検光子１６投影レンズ１７光学素子１８リフレクタ１９偏光回転素子２０プリズム２１レンズ２２コレステリック液晶フィルタ２３１／４波長板２６偏光分離手段２６ａ全反射プリズム２７基板２８液晶分子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源を挟む両側のそれぞれに配置され、該光源から発
せられた光束をほぼ平行化する平行手段と、該平行手段の一方の側であって該光源とは反対側に配置
され、入射光を２つの偏光成分に分離して、一方の偏光
成分を透過し、他方の偏光成分を反射させる広帯域偏光
ビームスプリッタと、他方の平行手段の側であって該光源とは反対側に配置さ
れ、該他方の偏光成分を該一方の偏光成分に変換して光
源側に反射する偏光成分変換手段と、を具備する偏光光源装置。
【請求項２】前記広帯域偏光ビームスプリッタが、複
数の偏光分離面を有する請求項１に記載の偏光光源装
置。
【請求項３】前記広帯域偏光ビームスプリッタが、複
数の偏光分離面が該広帯域偏光ビームスプリッタの出射
光の光軸に対して４５度の角度をなし、かつ、隣接する
偏光分離面同士が互いに直交するよう構成されている請
求項２に記載の偏光光源装置。
【請求項４】前記偏光成分変換手段が、屋根型反射鏡
である請求項１に記載の偏光光源装置。
【請求項５】前記屋根型反射鏡が、前記広帯域偏光ビ
ームスプリッタからの戻り光の偏波面に対して該屋根型
反射鏡の稜線が４５度をなすように配置されている請求
項４に記載の偏光光源装置。
【請求項６】前記屋根型反射鏡が、複数の組から構成
されている請求項５に記載の偏光光源装置。
【請求項７】偏光光源装置にて変換された直線偏光の
光変調により画像を形成する画像表示装置であって、該偏光光源装置が、光源と、該光源を挟む両側のそれぞ
れに配置され、該光源から発せられた光束をほぼ平行化
する平行手段と、該平行手段の一方の側であって該光源
とは反対側に配置され、入射光を２つの偏光成分に分離
して、一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射
させる広帯域偏光ビームスプリッタと、他方の平行手段
の側であって該光源とは反対側に配置され、該他方の偏
光成分を該一方の偏光成分に変換して光源側に反射する
偏光成分変換手段と、を具備する構成となっている画像
表示装置。
【請求項８】前記広帯域偏光ビームスプリッタが、複
数の偏光分離面を有する請求項７に記載の画像表示装
置。
【請求項９】前記広帯域偏光ビームスプリッタが、複
数の偏光分離面が該広帯域偏光ビームスプリッタの出射
光の光軸に対して４５度の角度をなし、かつ、隣接する
偏光分離面同士が互いに直交するよう構成されている請
求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記偏光成分変換手段が、屋根型反射
鏡である請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項１１】前記屋根型反射鏡が、前記広帯域偏光
ビームスプリッタからの戻り光の偏波面に対して該屋根
型反射鏡の稜線が４５度をなすように配置されている請
求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】前記屋根型反射鏡が、複数の組から構
成されている請求項１１に記載の画像表示装置。