JPH08271836A - 偏光方向整列素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光ビームスプリッタで分離した２つの偏光
を各々反射プリズムで直角に折り曲げる構成とすること
により、光学系をコンパクトに構成することを可能とし
つつ無偏光の光を所定の直線偏光に変換する場合の光変
換効率を良好とする。 【構成】 すなわち、Ｐ偏光14Ａ′は作用面（蒸着膜
面）11Ａを透過し、第１の全反射プリズム12の反射面12
Ａで反射され、この第１の全反射プリズム12の前面12Ｂ
から第１のＰ偏光14Ａとして射出され、一方Ｓ偏光14
Ｂ′は上記作用面11Ａにおいて上方に反射され、さらに
第２の全反射プリズム13の反射面13Ａにおいて前方に反
射されて偏光面を90°回転せしめられ、この第２の全反
射プリズム13の前面13Ｂから第２のＰ偏光14Ｂとして射
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無偏光の光を偏光面の方
向がそろえられた２つの偏光に変換する偏光方向整列素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶板を用いて所定の画像信号に
より照明光を変調し、この変調光をスクリーン上に拡大
投影する液晶ビデオプロジェクタが広く知られている。

【０００３】このような液晶ビデオプロジェクタはスク
リーン輝度をより高くすることが求められている。

【０００４】しかしながら、上記液晶板の本体である液
晶セルはその性質上照明光の偏光方向を単一方向とする
必要があり、そのため、通常液晶セルの前面および後面
には偏光板が設けられていて所定の単一方向の偏光成分
のみを液晶セル内に入射せしめるように構成されてい
る。

【０００５】すなわち、液晶セルの前面に設けた偏光板
において非選択方向の光成分は吸収によって熱に変換さ
れ、理論上全光量の半分しか利用できない。

【０００６】このような問題を解決するための技術とし
て特開平6-202041号公報等に記載されたものが知られて
いる。

【０００７】すなわち、この技術は光源と液晶板との間
に偏光ビームスプリッタ、全反射プリズムおよびλ／２
光学位相板からなる偏光方向整列部材を設けたものであ
る。この偏光方向整列部材は、偏光ビームスプリッタに
より、光源からの光ビームのうちＰ偏光成分を透過する
とともにＳ偏光成分を直角に反射し、反射されたＳ偏光
成分を全反射プリズムによりさらに直角に反射して上記
偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光成分と平行にそ
ろえ、さらに、λ／２光学位相板によりこのＳ偏光成分
の偏光方向を90°回転せしめてＰ偏光成分に変換するよ
うにしている。これにより光源から射出された光ビーム
の光量が液晶板の照明光として有効に利用されることと
なる。この従来技術においてはＰ偏光成分の偏光面を90
°回転させるためにλ／２光学位相板を用いている。し
かし、光学位相板により偏光面を回転させるとその回転
角は光の波長に依存するため、特定の波長の光について
は偏光面を所望の角度だけ回転させることができても、
他の波長の光については楕円偏光となり、所望の偏光面
の光量としては低下してしまう。

【０００８】したがって、偏光面が所望の角度だけ回転
した光以外はこのλ／２光学位相板の後段でカットしな
ければならず、結局偏光成分の変換効率が低下するとい
う問題が生じ、さらに白色光照明によりカラー画像を投
影する場合には投影画像の色再現性の問題や色ムラ等の
問題も生じる。

【０００９】このような問題を解決するために、光源か
らの無偏光を偏光ビームスプリッタに入射させ、透過光
であるＰ偏光と反射光であるＳ偏光に分離し、この２つ
の偏光のうちいずれか一方を、複数個の全反射プリズム
で順次反射せしてめて他方の偏光に変換するとともに、
他方の偏光と、その進行方向をそろえるようにした偏光
変換素子が知られている（実公平5-8562号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
偏光変換素子を用いた場合には、光源、偏光変換素子、
液晶板および投光レンズが直線的に配設されることにな
る。液晶ビデオプロジェクタの光学系においては、光源
からの射出光の進行方向と投光レンズからの射出光の進
行方向とが互いに直交する方向となるよう光路を折り曲
げるように構成することが光学系全体をコンパクトなも
のとすることにつながることも多く、このため上記偏光
変換素子を用いた光学系では、例えば液晶板と投光レン
ズとの間にスペースをあけ反射ミラーを挿入するこによ
り光路を90°折り曲げ、これにより上記要請に対処する
ことが必要となる。

【００１１】本願発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、照明用の光学系において、反射ミラーを挿入
せずとも光源からの射出光の光路を90°折り曲げて投光
レンズ方向に射出することができ、かつ照明効率の向上
を図り得る偏光方向整列素子を提供することを目的とす
るものである。

【００１２】また、上述した従来の偏光変換素子では偏
光ビームスプリッタで分離される２つの偏光の光路長を
比較すると、複数個の反射プリズム中を通過した偏光の
光路長がその通過距離分だけ他方の偏光の光路長よりも
長くなり、結局これが照明ムラの原因となっていた。

【００１３】本願発明はこのような事情にも鑑みなされ
たもので、分離した２つの偏光を互いにその偏光方向お
よびその進行方向をそろえるまでに要する該２つの偏光
の光路長を略等しくして照明ムラの原因を除去し得る偏
光方向整列素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の偏光方
向整列素子は、一本の光ビームを互いに直交する第１お
よび第２の偏光成分に分離し、該第１の偏光成分を前方
に透過するとともに、該第２の偏光成分を上方もしくは
下方に反射する偏光ビームスプリッタと、該第１の偏光
成分を側方に反射する第１の反射ミラー部材、および該
第２の偏光成分を、その偏光面を90°回転させつつ該側
方に反射する第２の反射ミラー部材とからなることを特
徴とするものである。

【００１５】また、本願発明の第２の偏光方向整列素子
は、上記第１の偏光方向整列素子であって、前記偏光ビ
ームスプリッタが、略同一形状の直角プリズムを光分離
面が互いに当接するように組み合わせた立方体ブロック
からなり、前記第１および第２の反射ミラー部材が前記
偏光ビームスプリッタの光射出面に当接するように配さ
れた互いに等しい大きさの直角プリズムからなり、前記
偏光ビームスプリッタで分離された２つの偏光成分の、
前記第１および第２の反射ミラー部材から射出されるま
での光路長が互いに略等しくなるように構成されてなる
ことを特徴とするものである。

【００１６】なお、上記「前方」、上記「上方」、上記
「下方」あるいは「側方」とは光学系が所定の状態で配
されたときに光源からの光の進行方向に対する相対的な
方向を示す便宜的な表現である。

【００１７】

【作用および発明の効果】上記本願発明の第１の偏光方
向整列素子によれば、偏光ビームスプリッタで、透過す
る第１の偏光と反射される第２の偏光に分離し、これら
２つの偏光を各々に対応する反射ミラー部材により側方
に反射せしめて２つの偏光の射出方向をそろえるように
している。しかも、上記第２の偏光は上記第２の反射ミ
ラー部材によって反射される際に偏光面を90°回転して
上記第１の偏光と同様の偏光面を有する偏光に変換され
ることになる。これにより、１つの偏光ビームスプリッ
タと２つの反射ミラー部材という簡単な構成にもかかわ
らず光源からの光の光量の低下を防止しつつこの光の光
路を直角に折り曲げることが可能となる。

【００１８】これにより、照明用の光学系において、光
路折曲用の反射ミラー等を挿入することなく光学部材の
配置の自由度を高めることができ、光学系全体をコンパ
クトに構成することも可能となる。

【００１９】また、上記本願発明の第２の偏光方向整列
素子によれば、偏光ビームスプリッタが、光分離面にお
いて互いに当接する略同一形状の直角プリズムを組み合
わせた立方体ブロックからなり、また、この偏光ビーム
スプリッタで分離され、射出された２つの偏光はこの偏
光ビームスプリッタの光射出面に当接する、略同一形状
の反射ミラー部材を介して各々外部に射出されるように
なっており、分離された２つの偏光の光路長が互いに等
しくなるように構成されているから、従来技術において
問題となっていた照明ムラの発生を防止することができ
る。

【００２０】

【実施例】以下、本願発明の実施例について図面を用い
て説明する。

【００２１】図２は本願発明の一実施例に係る偏光方向
整列素子を用いた液晶ビデオプロジェクタを示す概略図
である。この液晶ビデオプロジェクタは図示するよう
に、反射手段である放物面反射鏡１と、この反射鏡１の
焦点位置近傍に配された、ハロゲンランプ、あるいはメ
タルハライドランプ等からなる光源２と、光源２から直
接または反射鏡１を介して射出された光ビーム３が入射
され、この光路を直角方向に折り曲げるとともに、光量
の低下を防止しつつＰ偏光に変換して射出する偏光方向
整列素子10と、偏光方向整列素子10からのＰ偏光を所定
の画像信号に応じて変調する、画像形成手段としての単
板カラー液晶板４と、単板カラー液晶板４を透過したＰ
偏光をスクリーン６上に拡大投影する投影レンズ５とか
ら構成されている。

【００２２】なお、上記単板カラー液晶板６は、それに
照射されるＰ偏光に対し、その偏光透過方向および作用
方向がそろえられるように設定された前後両面における
偏光板および液晶セルを備えている。これにより、Ｐ偏
光が単板カラー液晶板４において、入力される所定の画
像信号により有効に変調処理をうけることになる。

【００２３】次に、本願発明の一実施例に係る偏光方向
整列素子10について図１を用いてさらに詳しく説明す
る。

【００２４】図１（ａ）に示すように、この素子10は互
いに隣接する面が接着された、偏光ビームスプリッタ1
1、第１の全反射プリズム12および第２の全反射プリズ
ム13からなる。

【００２５】なお、偏光ビームスプリッタ11は同一サイ
ズの２つの直角三角柱プリズムを光分離面11Ａで当接す
るようにして組み合わせた立方体ブロックからなり、２
つの全反射プリズム12，13は該直角三角柱ブロックと同
じ大きさの直角三角柱ブロックからなる。光ビーム３は
偏光ビームスプリッタ11に入射され、この偏光ビームス
プリッタ11において互いに直交するＰ，Ｓ２つの偏光成
分に分離される。

【００２６】すなわち、Ｐ偏光14Ａ′は作用面（蒸着膜
面）11Ａを透過し、第１の全反射プリズム12の反射面12
Ａで反射され、この第１の全反射プリズム12の前面12Ｂ
から第１のＰ偏光14Ａとして射出され、一方Ｓ偏光14
Ｂ′は上記作用面11Ａにおいて上方に反射され、さらに
第２の全反射プリズム13の反射面13Ａにおいて前方に反
射されてＰ偏光成分に変換され、この第２の全反射プリ
ズム13の前面13Ｂから第２のＰ偏光14Ｂとして射出され
る。上記２つの反射面12Ａ，13Ａは、照射される２つの
偏光14Ａ′，14Ｂ′のビームが各々入射角45°で入射さ
れるように配されており、２つの偏光14Ａ′，14Ｂ′は
これらの反射面12Ａ，13Ａにおいて直角に反射される。
そして、この第２の全反射プリズム13の反射面13Ａにお
いてＳ偏光成分がＰ偏光成分に変換される。

【００２７】結局、第２の全反射プリズム13の前面13Ｂ
から射出された第２のＰ偏光14Ｂは、第１の全反射プリ
ズム12の前面12Ｂから射出された第１のＰ偏光14Ａとそ
のビーム進行方向および偏光方向が互いに平行とされて
単板カラー液晶板４方向に射出される。

【００２８】これにより、無偏光の光ビーム３の略全光
量を、所定方向に偏光面を有するＰ偏光に変換しつつ、
その光路を直角方向に折り曲げることができる。

【００２９】さらに、偏光ビームスプリッタ11で分離さ
れた２つの偏光14Ａ′，14Ｂ′が２つの全反射プリズム
12，13の前面12Ｂ，13Ｂから第１および第２のＰ偏光14
Ａ，14Ｂとして射出されるまでの光路長は、図１（ａ）
からも明らかなように等しくなり、これにより照明ムラ
の発生を防止することができる。

【００３０】また、図１（ｂ）に示すように、図１
（ａ）の偏光ビームスプリッタ11および２つの全反射プ
リズム12，13をその配置を変えて組み合わせた偏光方向
整列素子10Ｂによっても、図１（ａ）に示す偏光方向整
列素子10Ａと同様の効果を奏することが可能である。

【００３１】すなわち、図１（ｂ）に示す偏光方向整列
素子10Ｂにおいて、無偏光の光ビーム３は偏光ビームス
プリッタ21の作用面21ＡでＰ偏光24Ａ′とＳ偏光24Ｂ′
に分離される。この後Ｐ偏光24Ａ′は第１の全反射プリ
ズム22の反射面22Ａで直角に反射され、この第１の全反
射プリズム22の前面22Ｂから第１のＰ偏光24Ａとして射
出される。一方、偏光ビームスプリッタ11で反射された
Ｓ偏光24Ｂ′は第２の全反射プリズム23の反射面23Ａで
直角に反射されて偏光面を90°回転せしめられ、この第
２の全反射プリズム23の前面23Ｂから第２のＰ偏光24Ｂ
として射出される。

【００３２】これにより、偏光ビームスプリッタ11で分
離された２つの偏光24Ａ′，24Ｂ′はそのビーム進行方
向および偏光方向がそろえられた２つのＰ偏光24Ａ，24
Ｂの光ビームとして外部に射出されるので、効率良く照
明光を生成することができる。

【００３３】また、図１（ｂ）の偏光方向整列素子10Ｂ
においても図１（ａ）の偏光方向整列素子10Ａと同様に
この素子10Ｂ内における２つの偏光24Ａ′，24Ｂ′の光
路長が等しくなるように設定されており、照射ムラの発
生も防止できる。

【００３４】なお、図１（ａ）に示す偏光方向整列素子
10Ａと、図１（ｂ）に示す偏光方向整列素子10Ｂとを前
後方向に組み合わせることにより、２本の無偏光の光ビ
ーム３から、互いに隣接する４本のＰ偏光14Ａ，14Ｂ，
24Ａ，24Ｂの光ビームを生成することができる。

【００３５】さらに、このように２つの偏光方向整列素
子10Ａ，10Ｂを組み合わせたものを、さらに上下対称に
組み合わせて、ビーム進行方向および偏光方向がそろえ
られた８本のＰ偏光14Ａ，14Ｂ，24Ａ，24Ｂの光ビーム
を得ることも可能である。

【００３６】なお、本実施例における偏光方向整列素子
10Ａ，10Ｂは、立方体ブロックである偏光ビームスプリ
ッタ11，21と、さらにその半分のサイズの直角三角柱ブ
ロックである第１の全反射プリズム12，22および第２の
全反射プリズム13，23との組み合わせで構成されてお
り、製造が容易であるから、製造コストも安価である。

【００３７】なお、本願発明の偏光方向整列素子として
は上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態
様の変更が可能である。

【００３８】例えば、上記全反射プリズムに代えて全反
射ミラーを用いることも可能である。上記実施例におい
ては、射出する直線偏光をＰ偏光にそろえるようにして
いるが、部材の配置を変えることによりＳ偏光にそろえ
ることも可能である。

【００３９】さらに、上記実施例においては単板カラー
液晶板を用いた液晶ビデオプロジェクタに適用する場合
について説明しているが、周知の色分解合成光学系と３
板式モノクロ液晶板を用いた液晶ビデオプロジェクタに
も適用可能であることは勿論であり、その他照明光とし
て直線偏光を用いる光学装置全般に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の偏光方向整列素子を示す概略図

【図２】図１に示す偏光方向整列素子を適用した液晶ビ
デオプロジェクタを示す概略図

【符号の説明】

１ 放物面反射鏡 ２ 光源 ３ 光ビーム ４ 単板カラー液晶板 ６ スクリーン 10，10Ａ，10Ｂ 偏光方向整列素子 11，21 偏光ビームスプリッタ 11Ａ，21Ａ 作用面 12，22 第１の全反射プリズム 12Ａ，13Ａ，22Ａ，23Ａ 反射面 12Ｂ，13Ｂ，22Ｂ，23Ｂ 前面 13，23 第２の全反射プリズム 14Ａ，24Ａ 第１のＰ偏光 14Ｂ，24Ｂ 第２のＰ偏光 14Ａ′，24Ａ′ Ｐ偏光 14Ｂ′，24Ｂ′ Ｓ偏光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一本の光ビームを互いに直交する第１お
   よび第２の偏光成分に分離し、該第１の偏光成分を前方
   に透過するとともに、該第２の偏光成分を上方もしくは
   下方に反射する偏光ビームスプリッタと、 該第１の偏光成分を側方に反射する第１の反射ミラー部
   材、および該第２の偏光成分を、その偏光面を90°回転
   させつつ該側方に反射する第２の反射ミラー部材とから
   なることを特徴とする偏光方向整列素子。
2. 【請求項２】 前記偏光ビームスプリッタが、略同一形
   状の直角プリズムを光分離面が互いに当接するように組
   み合わせた立方体ブロックからなり、 前記第１および第２の反射ミラー部材が前記偏光ビーム
   スプリッタの光射出面に当接するように配された互いに
   等しい大きさの直角プリズムからなり、 前記偏光ビームスプリッタで分離された２つの偏光成分
   の、前記第１および第２の反射ミラー部材から射出され
   るまでの光路長が互いに略等しくなるように構成されて
   なることを特徴とする請求項１記載の偏光方向整列素
   子。