JPH10319349A - Polarized light converting element and projecting device using the same - Google Patents

Polarized light converting element and projecting device using the same

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JPH10319349A
JPH10319349A JP9147125A JP14712597A JPH10319349A JP H10319349 A JPH10319349 A JP H10319349A JP 9147125 A JP9147125 A JP 9147125A JP 14712597 A JP14712597 A JP 14712597A JP H10319349 A JPH10319349 A JP H10319349A
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light
conversion element
lens
polarization
polarization conversion
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JP9147125A
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Masatake Kato
正猛 加藤
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Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • G02B27/285Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining comprising arrays of elements, e.g. microprisms

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To emit luminous flux after arranging a polarization direction while contriving the effective utilization of incident luminous flux by arraying plural optical units on a transparent base plate at appropriate pitch and specifying the shape of each optical unit. SOLUTION: The luminous flux from an ellipsoidal mirror 3 is made incident to be converged at a 2nd focus. A main light beam emitted from a 2nd lens array 5 is made incident in parallel with a polarized light converting element 9 by a concave lens 8 for making the main light beam of the luminous flux from a 1st lens array 4 parallel. The elements 9 where a polarizing beam splitter part 11 and a reflection part 12 are set as a unit member (optical unit) are plurally arranged. The luminous flux made incident on the element 9 is separated to the different light by a polarized light separating plane 11, reflected by a reflection surface 12 and transmitted through a λ/2 plate 13. All the luminous flux emitted from the element 9 is in a polarized state and illuminates a picture display element 6 at the focus position of a condensing lens 10. Then, picture information formed on the element 6 is projected on a screen surface by a projection lens 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は偏光変換素子及びそ
れを用いた投影装置に関し、特に画像表示素子として液
晶表示素子(液晶パネル)を用い、それに表示する画像
を光束の有効利用を図りつつ照明して、該画像を投影レ
ンズでスクリーン上に投影する液晶プロジェクターに好
適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization conversion element and a projection apparatus using the same, and more particularly, to a liquid crystal display element (liquid crystal panel) as an image display element and illuminating an image to be displayed on the image while effectively utilizing a light beam. Thus, the present invention is suitable for a liquid crystal projector that projects the image on a screen with a projection lens.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より液晶パネルを用いて画像を表示
し、液晶パネルを光源からの光束により照明し、液晶パ
ネルからの透過光または反射光に基づく画像を投影レン
ズによりスクリーン上に拡大投影する液晶プロジェクタ
ーが種々と提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an image is displayed using a liquid crystal panel, the liquid crystal panel is illuminated by a light beam from a light source, and an image based on transmitted light or reflected light from the liquid crystal panel is enlarged and projected on a screen by a projection lens. Various liquid crystal projectors have been proposed.

【0003】高コントラストの画像が比較的容易に得ら
れるTN型の液晶パネルは液晶の持つ偏光特性を利用し
ている。このために、通常、液晶パネルの前後に偏光子
や、検光子等の偏光フィルターが設けられている。偏光
フィルターは入射する光の特定の偏光方向を透過し、そ
れと直交する偏光方向を遮断する特性を有している。こ
の為、液晶プロジェクターに利用される光はこの偏光フ
ィルターのところで少なくとも半分は遮断されることに
なり、投影した画像の明るさが低下してくる傾向があっ
た。
A TN type liquid crystal panel from which a high-contrast image can be obtained relatively easily utilizes the polarization characteristics of liquid crystal. For this purpose, a polarizing filter such as a polarizer or an analyzer is usually provided before and after the liquid crystal panel. The polarizing filter has a characteristic of transmitting a specific polarization direction of incident light and blocking a polarization direction orthogonal thereto. Therefore, at least half of the light used in the liquid crystal projector is blocked by the polarizing filter, and the brightness of the projected image tends to decrease.

【0004】液晶プロジェクター用の照明装置として、
入射光を特定の方向に偏光面を有する光束として変換し
射出させる偏光変換素子と被照斜面上を均一に照明する
ための均一照明手段(オプティカルインテグレータ)を
用い、光源からの光束の有効利用を図りつつ被照明領域
を照明するようにした偏光照明装置が例えば特開平8−
304739号公報で提案されている。図6は同公報で
提案されている偏光照明装置の要部概略図である。
As a lighting device for a liquid crystal projector,
Efficient use of luminous flux from the light source using a polarization conversion element that converts incident light into a luminous flux having a polarization plane in a specific direction and emits it, and a uniform illuminating means (optical integrator) for uniformly illuminating the illuminated slope For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 8-
No. 304739 proposes. FIG. 6 is a schematic view of a main part of a polarized light illuminating device proposed in the publication.

【0005】図6に示す偏光照明装置において310は
偏光変換素子であり、集光レンズアレイ304近傍に配
置されている。偏光分離プリズムアレイ(偏光変換素
子)310は、偏光ビームスプリッタ305と全反射プ
リズム部306をひとつの単位(光学ユニット)として
複数個配列した板状のものより成っている。303は第
1のレンズ板であり、そのうち、ひとつの配列レンズ3
07は光源301の像を集光レンズアレイ304の対応
する配列レンズ308に集光し、その後、偏光ビームス
プリッタ305の光学ユニットに入射させている。偏光
ビームスプリッタ305は入斜光を偏光面が直交するふ
たつの直線偏光光(P偏光、S偏光)に分離している。
このうち該偏光ビームスプリッタ305を透過した直線
偏光光(例えばP偏光)は上記板状の偏光変換素子31
0の射出面に配置された1/2波長板309で位相が9
0度反転され、透過光とは偏光面の異なる直線偏光光
(S偏光)となっている。一方、偏光ビームスプリッタ
305で反射した直線偏光光(S偏光)は、さらに、全
反射部306で反射され、透過光と同一の方向に射出さ
れる。但し、該反射光の射出部には1/2波長板309
が施されていない為に、前記透過光(P偏光)の位相変
換光(S偏光)とは、同じ偏光面を有することとなる。
第1のレンズ板303の配列レンズ307等は、偏芯し
ており、全体として正の屈折力を有している。これによ
り第1のレンズ板303からの光束を平行にして射出さ
せて、偏光変換素子310に導くようにしている。ここ
で、偏光変換素子310に略平行光で導光するのは、偏
光ビームスプリッタ部305での角度依存性を極力緩和
する為である。偏光面がそろった直線偏光光は、出射側
の集光レンズ311により、液晶パネル面312を矩形
照明する構成となっている。
In the polarized light illuminating device shown in FIG. 6, reference numeral 310 denotes a polarization conversion element, which is arranged near the condenser lens array 304. The polarization separation prism array (polarization conversion element) 310 is formed of a plate-like element in which a plurality of polarization beam splitters 305 and a total reflection prism unit 306 are arranged as one unit (optical unit). Reference numeral 303 denotes a first lens plate, of which one array lens 3
Reference numeral 07 condenses the image of the light source 301 on the corresponding array lens 308 of the condensing lens array 304, and thereafter, makes it incident on the optical unit of the polarizing beam splitter 305. The polarization beam splitter 305 splits the incident light into two linearly polarized lights (P-polarized light and S-polarized light) whose polarization planes are orthogonal to each other.
Among them, the linearly polarized light (for example, P-polarized light) transmitted through the polarization beam splitter 305 is converted into the plate-shaped polarization conversion element 31.
The phase is 9 with the half-wave plate 309 arranged on the exit surface
The light is inverted by 0 degrees and becomes linearly polarized light (S-polarized light) having a different polarization plane from the transmitted light. On the other hand, the linearly polarized light (S-polarized light) reflected by the polarization beam splitter 305 is further reflected by the total reflection unit 306 and emitted in the same direction as the transmitted light. However, a half-wave plate 309 is provided at the exit of the reflected light.
Is not applied, the transmitted light (P-polarized light) has the same polarization plane as the phase-converted light (S-polarized light).
The array lenses 307 and the like of the first lens plate 303 are eccentric and have a positive refractive power as a whole. Thus, the light beam from the first lens plate 303 is emitted in parallel and guided to the polarization conversion element 310. Here, the reason why the light is guided to the polarization conversion element 310 with substantially parallel light is to reduce the angle dependence of the polarization beam splitter 305 as much as possible. The linearly polarized light having the same polarization plane is configured to illuminate the liquid crystal panel surface 312 in a rectangular shape by the condenser lens 311 on the emission side.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図6に示す偏光照明装
置では、光源301からの放射光束を複数の矩形レンズ
をマトリックス状に配置した第1のレンズ板303を通
過させた後に、集光レンズアレイ304を介して偏光分
離プリズムアレイ310とλ/2板309で偏光状態を
そろえ斜光させ、次いで出射側レンズ311で集光して
照明領域312を照明するようにしている。
In the polarized light illuminating device shown in FIG. 6, a light beam emitted from a light source 301 passes through a first lens plate 303 in which a plurality of rectangular lenses are arranged in a matrix, and then a condensing lens is formed. The polarization state is made uniform by the polarization splitting prism array 310 and the λ / 2 plate 309 via the array 304 to make oblique light, and then the light is condensed by the emission side lens 311 to illuminate the illumination area 312.

【0007】このとき集光レンズアレイ304の近傍に
結像する光源1の光源像の大きさは、中心部(光軸近
傍)に対し、周辺部が小さくなる。この時、集光レンズ
アレイ304を全て同じ大きさで構成し、変更変換素子
310の光学ユニットの配列ピッチをすべて同一とする
と、光軸近傍では、光源像の大きさが一つのレンズアレ
イからはみ出し、そのはみ出した光束は有効にパネル面
に導かれない為に、完全にロスした光となる。図6の従
来例では、この改良の為のために、偏光変換素子310
の光学ユニットの配列ピッチを中心部と周辺部とで異な
らせている。
At this time, the size of the light source image of the light source 1 formed near the condenser lens array 304 is smaller at the peripheral portion than at the central portion (near the optical axis). At this time, if the condenser lens arrays 304 are all configured to have the same size and the arrangement pitches of the optical units of the change conversion element 310 are all the same, the size of the light source image protrudes from one lens array near the optical axis. However, since the protruding light flux is not effectively guided to the panel surface, it becomes completely lost light. In the conventional example shown in FIG. 6, the polarization conversion element 310 is used for this improvement.
The arrangement pitch of the optical units is different between the central part and the peripheral part.

【0008】この偏光変換素子310は、偏光ビームス
プリッタ部305、全反射プリズム部306を略45度
に配置して構成している為に、厚み方向(光軸方向)に
階段状にならざるをえなく製造が極めて難しいという問
題点がある。
Since the polarization conversion element 310 is configured by arranging the polarization beam splitter section 305 and the total reflection prism section 306 at approximately 45 degrees, the polarization conversion element 310 has to be stepped in the thickness direction (optical axis direction). There is a problem that manufacturing is extremely difficult.

【0009】本発明は偏光分離面と反射面とから成る光
学ユニットを複数個、透明な基板内に適切なるピッチで
配列するとともに、各々の光学ユニットの形状を適切に
設定することによって入射してくる光束の有効利用を図
りつつ偏光方向を揃えて射出させることができ、例えば
液晶表示素子用の照明装置及び液晶プロジェクタとして
好適な偏光変換素子及びそれを用いた投影装置の提供を
目的とする。
According to the present invention, a plurality of optical units each composed of a polarization splitting surface and a reflecting surface are arranged at an appropriate pitch in a transparent substrate, and the light is incident by appropriately setting the shape of each optical unit. An object of the present invention is to provide a polarization conversion element suitable for a lighting device for a liquid crystal display device and a liquid crystal projector, and a projection device using the same, for example, which can make the polarization direction uniform while emitting light beams while effectively utilizing the incoming light beam.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の偏光変換素子は (1−1) 入射光を偏光面が互いに直交する反射光と
透過光とに分離させる偏光分離面そして該偏光分離面で
分離した一方の光を反射させて、他方の光と同方向にそ
ろえる反射面とを有する光学ユニットを透明な基板内に
所定のピッチで配列するとともに該反射光と透過光のう
ちの一方の光路にλ/2板を配置した偏光変換素子にお
いて該光学ユニットの配列ピッチは、該基板の中心部と
周辺部とで異なり、かつ、該基板は中心部と周辺部の光
の入出射方向の厚さが等しいことを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a polarization conversion element comprising: (1-1) a polarization separation surface for separating incident light into reflected light and transmitted light whose polarization planes are orthogonal to each other; An optical unit having a reflecting surface for reflecting one light and aligning the other light in the same direction is arranged at a predetermined pitch in a transparent substrate, and a λ is provided in one of the optical paths of the reflected light and the transmitted light. The arrangement pitch of the optical units in the polarization conversion element in which the / 2 plate is arranged is different between the central portion and the peripheral portion of the substrate, and the substrate has a thickness in the light input / output direction of the central portion and the peripheral portion. It is characterized by being equal.

【0011】特に(1−1−1) 前記光学ユニットの
配列ピッチは前記基板の中心部に比べて周辺部で小さく
なっていること。
In particular, (1-1-1) the arrangement pitch of the optical units is smaller in a peripheral portion than in a central portion of the substrate.

【0012】(1−1−2) 前記基板の周辺部の光学
ユニットは、その偏光分離面と反射面を光の進行方向に
投影した長さが該基板の厚さよりも短いこと。等を特徴
としている。
(1-1-2) In the optical unit at the periphery of the substrate, the length of the polarization separation surface and the reflection surface projected in the light traveling direction is shorter than the thickness of the substrate. And so on.

【0013】本発明の照明装置は (2−1) 偏光変換素子と該偏光変換素子の光学ユニ
ットの配列ピッチに対応して複数のレンズを配置したレ
ンズアレイとを用いて光源からの光束を被照明領域に導
光していることを特徴としている。
[0013] The illumination device of the present invention comprises: (2-1) receiving a light beam from a light source using a polarization conversion element and a lens array in which a plurality of lenses are arranged corresponding to the arrangement pitch of the optical units of the polarization conversion element. Light is guided to the illumination area.

【0014】本発明の投影装置は (3−1) 構成(2−1)の照明装置における被照明
領域に設けた被投影画像を投影光学系で所定面上に投影
していることを特徴としている。
The projection apparatus according to the present invention is characterized in that (3-1) an image to be projected provided in an illuminated area in the illumination apparatus having the configuration (2-1) is projected onto a predetermined surface by a projection optical system. I have.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は本発明の偏光変換素子を有
する照明装置を、投影装置の一部に用いたときの実施形
態1の要部概略図である。図2は図1の偏光変換素子の
拡大説明図である。図中1はメタルハライドランプ等の
光源ランプ(光源)である。2は光源1の発光体であ
り、円筒形に近い形状をしている。3は放物面や楕円体
面から成るリフレクター(集光ミラー)であり、光源1
の発光体2からの光束を反射集光して第1レンズアレイ
(第1レンズアレイ板)4に入射させている。本実施形
態ではリフレクター3として楕円面鏡を用いている。第
1レンズアレイ4は外形が矩形で正の屈折力を有するレ
ンズ4bを複数格子状に配列している。4aは第1レン
ズアレイ4の有効領域の中心である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment when an illumination device having a polarization conversion element according to the present invention is used as a part of a projection device. FIG. 2 is an enlarged explanatory view of the polarization conversion element of FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source lamp (light source) such as a metal halide lamp. Reference numeral 2 denotes a light emitter of the light source 1, which has a shape close to a cylindrical shape. Reference numeral 3 denotes a reflector (condensing mirror) composed of a paraboloid or an ellipsoid, and a light source 1
The light flux from the luminous body 2 is reflected and condensed, and is incident on the first lens array (first lens array plate) 4. In this embodiment, an elliptical mirror is used as the reflector 3. The first lens array 4 has a plurality of lenses 4b each having a rectangular outer shape and a positive refractive power and arranged in a lattice pattern. 4a is the center of the effective area of the first lens array 4.

【0016】8は凹レンズ(負レンズ)であり、第1レ
ンズアレイ4からの光束のうち主光線を略平行にして射
出させている。
Reference numeral 8 denotes a concave lens (negative lens), which emits the principal ray of the light beam from the first lens array 4 in a substantially parallel manner.

【0017】5は第2レンズアレイ(第2レンズアレイ
板)であり、第1レンズアレイ4の個々のレンズ4bに
対応した正の屈折力を有する複数のレンズ5bを有して
いる。
A second lens array (second lens array plate) 5 has a plurality of lenses 5b having a positive refractive power corresponding to the individual lenses 4b of the first lens array 4.

【0018】5aは第2レンズアレイの有効領域の中心
である。発光体2の像を第1レンズアレイ4と凹レンズ
8によって第2レンズアレイ5の各レンズ4b面上に各
々形成している。
5a is the center of the effective area of the second lens array. An image of the luminous body 2 is formed on each lens 4b surface of the second lens array 5 by the first lens array 4 and the concave lens 8.

【0019】これにより複数の2次光源像を形成してい
る。
Thus, a plurality of secondary light source images are formed.

【0020】このとき発光体2の像を有効に第2レンズ
アレイ板5上に形成する為に、第2レンズアレイ5の配
列した複数のレンズは中心部のレンズが周辺部のレンズ
より、大きな面積を有するようにしている。
At this time, in order to effectively form the image of the luminous body 2 on the second lens array plate 5, the plurality of lenses arranged in the second lens array 5 are such that the center lens is larger than the peripheral lens. It has an area.

【0021】9は偏光変換素子であり、図2に示す板状
の構成より成り、偏光ビームスプリッタ11と反射部1
2そしてλ/2板13より成る光学ユニットを所定のピ
ッチで配列しており、入射する無偏光の光の偏光面を特
定の方向に揃えて直線偏光の光束として射出している。
λ/2板13は、偏光ビームスプリッタ11で反射した
光の射出面に設けている。
Reference numeral 9 denotes a polarization conversion element which has a plate-like configuration shown in FIG.
An optical unit composed of two λ / 2 plates 13 is arranged at a predetermined pitch, and the plane of polarization of incident unpolarized light is aligned in a specific direction and emitted as a linearly polarized light beam.
The λ / 2 plate 13 is provided on the exit surface of the light reflected by the polarization beam splitter 11.

【0022】10は集光レンズ(光学部材)であり、正
の屈折力を有しており、偏光変換素子9の各光学ユニッ
トからの拡散光を被照明領域に設けた画像表示素子6面
上に重ね合わせるように集光している。
Reference numeral 10 denotes a condensing lens (optical member) having a positive refracting power, on the surface of the image display element 6 provided with diffused light from each optical unit of the polarization conversion element 9 in the illuminated area. It is focused so that it is superimposed on.

【0023】画像表示素子6は、例えば液晶パネルなど
のライトバルブから成っている。6aは画像表示素子6
の中心である。7は照明系の主光軸(中心軸)である。
The image display element 6 comprises a light valve such as a liquid crystal panel. 6a is an image display element 6
Is the center of Reference numeral 7 denotes a main optical axis (center axis) of the illumination system.

【0024】14はコンデンサーレンズであり、照明光
を投射レンズ15に効率良く集光している。
Reference numeral 14 denotes a condenser lens, which efficiently condenses the illumination light on the projection lens 15.

【0025】投射レンズ(投影光学系)15は画像表示
素子6に表示した投影画像をスクリーン面(不図示)上
に投影している。
The projection lens (projection optical system) 15 projects the projection image displayed on the image display element 6 onto a screen surface (not shown).

【0026】第1レンズアレイ4と凹レンズ8で形成さ
れた2次光源像と投射レンズ15の入射瞳15aは集光
レンズ10とコンデンサーレンズ14とを介して光学的
に共役位置関係となるようにしている。
The secondary light source image formed by the first lens array 4 and the concave lens 8 and the entrance pupil 15a of the projection lens 15 have an optically conjugate positional relationship via the condenser lens 10 and the condenser lens 14. ing.

【0027】本実施形態において、発光体2から第1レ
ンズアレイ4の有効領域の中心4aと第2レンズアレイ
5の有効領域の中心5aを経て、被照明領域の中心6a
に至る。ただし、主光軸7と楕円面鏡3の回転対称軸は
一致している。発光体2はその長軸方向と主光軸7の方
向を一致させ、その重心が楕円面鏡3の焦点またはその
近傍に位置するようにしている。発光体2からの光束
は、第1レンズアレイ4に主光軸7と平行よりやや収束
した状態で入射する。厳密には、楕円面鏡3の焦点から
放射された光束が楕円面鏡3の第2焦点(不図示)に収
束する如くに入射する。第1レンズアレイ4からの光束
の主光線を平行とする為の凹レンズ8により、第2レン
ズアレイ5を射出する主光線が、板状の偏光変換素子9
に略平行に入射するようにしている。
In the present embodiment, the center 6a of the illuminated area from the light emitter 2 passes through the center 4a of the effective area of the first lens array 4 and the center 5a of the effective area of the second lens array 5.
Leads to. However, the main optical axis 7 and the rotationally symmetric axis of the ellipsoidal mirror 3 coincide. The luminous body 2 has its major axis direction aligned with the direction of the main optical axis 7 so that its center of gravity is located at or near the focal point of the elliptical mirror 3. The light beam from the light emitter 2 is incident on the first lens array 4 in a state where the light beam is slightly converged rather than parallel to the main optical axis 7. Strictly, the light beam emitted from the focal point of the ellipsoidal mirror 3 enters the second focal point (not shown) of the elliptical mirror 3 so as to converge. The concave lens 8 for collimating the principal ray of the light beam from the first lens array 4 converts the principal ray emitted from the second lens array 5 into a plate-shaped polarization conversion element 9.
Are incident substantially in parallel.

【0028】尚、本実施形態において、第1レンズアレ
イ4に入射する光束は必ずしも収束光である必要はな
く、楕円面鏡3のかわりに放物面鏡を用いて、凹レンズ
8を省略しても良い。また楕円集光する場合において
も、凹レンズ8の作用を、第1レンズアレイ4に複合的
に持たせても良い。
In the present embodiment, the light beam incident on the first lens array 4 does not necessarily need to be convergent light, and a parabolic mirror is used instead of the elliptical mirror 3 and the concave lens 8 is omitted. Is also good. In the case of elliptical light collection, the first lens array 4 may have the function of the concave lens 8 in combination.

【0029】次に、本実施形態の偏光変換素子9の構成
について説明する。
Next, the configuration of the polarization conversion element 9 of this embodiment will be described.

【0030】偏光変換素子9は、偏光ビームスプリッタ
部11と反射部12をひとつの単位部材(光学ユニッ
ト)として、複数個配列されている。偏光変換素子9は
第2レンズアレイ5の個々のレンズ5bに対応した複数
の偏光分離面(偏光ビームスプリッタ)11と、偏光分
離面11で分離した光路を折り曲げる反射面12と、偏
光分離面11で分離された光路の透過光路又は反射光路
に設けられた2分の1波長板(λ/2板)13とを用い
て入射光の偏光面を特定の方向にそろえたP偏光又はS
偏光の直線偏光として射出させている。
A plurality of polarization conversion elements 9 are arranged with the polarization beam splitter section 11 and the reflection section 12 as one unit member (optical unit). The polarization conversion element 9 includes a plurality of polarization separation surfaces (polarization beam splitters) 11 corresponding to the individual lenses 5 b of the second lens array 5, a reflection surface 12 that bends an optical path separated by the polarization separation surface 11, and a polarization separation surface 11. P-polarized light or S-polarized light whose incident light is polarized in a specific direction using a half-wave plate (λ / 2 plate) 13 provided in a transmission optical path or a reflection optical path of the optical path separated by
The light is emitted as linearly polarized light.

【0031】偏光変換素子9の光学ユニットの配列ピッ
チは第2レンズアレイ5の各レンズ5bの大きさに合わ
せて、中心部に比べて周辺部で小さくなるようにしてい
る。
The arrangement pitch of the optical units of the polarization conversion element 9 is smaller at the peripheral portion than at the central portion in accordance with the size of each lens 5b of the second lens array 5.

【0032】尚、発光体2の像が第2レンズアレイ板5
に形成されるとき中心部に比べて周辺部で大きくなると
きは第2レンズアレイ板5の各レンズを中心部に比べて
周辺部で大きな面積となるようにし、それに対応させて
偏光変換素子9の光学ユニットの配列ピッチも中心部に
比べて周辺部で大きくなるようにしている。
It should be noted that the image of the luminous body 2 is
When it is formed larger in the peripheral part than in the central part, each lens of the second lens array plate 5 is made to have a larger area in the peripheral part than in the central part. The arrangement pitch of the optical units is larger in the peripheral part than in the central part.

【0033】具体的には、偏光変換素子9に入射した光
束は偏光分離面11により異なる偏光状態(S成分とP
成分)の光に分離され、偏光分離面11で反射した光
は、反射面12で反射し、2分の1波長板13を透過す
る。
Specifically, the light beam incident on the polarization conversion element 9 has different polarization states (S component and P
The light separated by the polarization separating surface 11 is reflected by the reflecting surface 12 and passes through the half-wave plate 13.

【0034】そして偏光分離面11を透過した光と同じ
偏光状態に変換され、同じ偏光状態で偏光変換素子9を
射出する。
Then, the light is converted into the same polarization state as the light transmitted through the polarization separation surface 11, and the polarization conversion element 9 is emitted in the same polarization state.

【0035】偏光変換素子9を射出した光束は全て同じ
偏光状態となり、この光束で集光レンズ10とコンデン
サーレンズ14を介して集光レンズ10の焦点位置(被
照射面)近傍に設けた画像表示素子6を照明している。
The light beams emitted from the polarization conversion element 9 are all in the same polarization state, and this light beam is used for image display provided near the focal point (surface to be irradiated) of the condenser lens 10 via the condenser lens 10 and the condenser lens 14. Element 6 is illuminated.

【0036】このとき、第1レンズアレイ4の各レンズ
4bの開口部を矩形にして画像表示素子6での照明され
る領域を矩形にしている。
At this time, the opening of each lens 4b of the first lens array 4 is rectangular, and the area to be illuminated by the image display element 6 is rectangular.

【0037】そして投影レンズ15により画像表示素子
6に形成された画像情報をスクリーン面上に投影してい
る。
The image information formed on the image display element 6 is projected on the screen surface by the projection lens 15.

【0038】尚、図1の紙面と直交する面方向に、P偏
光とS偏光の合成はされずとも偏光状態は任意で良い。
Incidentally, the polarization state may be arbitrarily determined without combining the P-polarized light and the S-polarized light in a plane direction orthogonal to the paper surface of FIG.

【0039】偏光変換素子9のひとつの単位は、第2レ
ンズアレイ5のひとつの配列レンズ5bに対応している
ので、偏光変換素子9を構成する単位のピッチも中心部
が広く、周辺部が狭くなっている。
Since one unit of the polarization conversion element 9 corresponds to one array lens 5b of the second lens array 5, the pitch of the unit constituting the polarization conversion element 9 is also wide at the center and at the periphery. It is getting smaller.

【0040】このとき、図1、図2に示すように周辺部
の偏光ビームスプリッタ11aおよび反射面12aは、
板厚方向(光軸方向)に略同じピッチの長さしか施して
いない。これは傾斜部の(偏光ビームスプリッタ、反射
面)の傾きを略45度とした場合であるが、これに限る
必要はない。実際に、板厚方向に、部分的に偏光反射
部、もしくは全反射部を配置するには、基板となるガラ
ス板に、誘電体多層膜等でマスキング処理を行って、上
記機能を形成している。
At this time, as shown in FIGS. 1 and 2, the peripheral polarizing beam splitter 11a and the reflecting surface 12a
Only approximately the same pitch length is provided in the plate thickness direction (optical axis direction). This is a case where the inclination of the inclined portion (polarizing beam splitter, reflection surface) is set to approximately 45 degrees, but is not limited to this. Actually, in order to partially arrange the polarization reflection portion or the total reflection portion in the plate thickness direction, a masking process is performed on a glass plate serving as a substrate with a dielectric multilayer film or the like to form the above function. I have.

【0041】次に図3を用いて、本実施形態にかかわる
偏光変換素子9の製造方法について説明する。図3で
は、便宜上、製造段階でガラス基板を45度に積層し
て、垂直に切断することで説明する。ピッチ幅の大きい
(長さ22a)、すなわちガラス基板の板厚の大きい単
位21については、偏光膜(偏光ビームスプリッタ)ま
たは反射膜は、略斜面全体に蒸着されている。尚、反射
膜は、偏光膜と同一の膜構成であっても良い。一方、ピ
ッチ幅の狭い(長さ24a)、すなわちガラス基板の板
厚の薄い単位23については、光の入射側端部に、板厚
方向の長さとして、上記偏光膜または反射膜は、単位ピ
ッチ24aと略等しい長さ24bを有している。周辺ピ
ッチの狭い単位の偏光膜、反射膜の入射側端部が揃うよ
うに積層し、傾斜部が入射面に対して、略45度となる
ように切断して、これにより簡易な方法で、各単位ピッ
チの異なる偏光変換素子を作成している。このように作
成された偏光変換素子の射出面にとびとびに1/2波長
板13を配置している。このときの1/2波長のピッチ
も、単位ピッチに応じて、中心部が周辺部より広くして
いる。尚、本実施形態において、図4は本発明の偏光変
換素子を用いた投影装置の実施形態2の一部分の要部概
略図である。
Next, a method for manufacturing the polarization conversion element 9 according to this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, for convenience, a description will be given by stacking glass substrates at 45 degrees in a manufacturing stage and cutting the glass substrates vertically. For the unit 21 having a large pitch width (length 22a), that is, the unit thickness of the glass substrate is large, the polarizing film (polarizing beam splitter) or the reflecting film is deposited on substantially the entire slope. Incidentally, the reflective film may have the same film configuration as the polarizing film. On the other hand, with respect to the unit 23 having a small pitch width (length 24a), that is, the thin plate thickness of the glass substrate, the polarizing film or the reflective film is formed at the light incident side end as a length in the plate thickness direction. It has a length 24b substantially equal to the pitch 24a. The polarizing film of the unit having a narrow peripheral pitch is laminated so that the incident side ends of the reflective film are aligned, and the inclined portion is cut so as to be approximately 45 degrees with respect to the incident surface, thereby using a simple method. A polarization conversion element having a different unit pitch is produced. The half-wave plate 13 is disposed on the exit surface of the polarization conversion element thus created. The pitch of the half wavelength at this time is also wider at the center than at the periphery according to the unit pitch. In this embodiment, FIG. 4 is a schematic view showing a main part of a part of a second embodiment of a projection apparatus using the polarization conversion element of the present invention.

【0042】本実施形態は図1の実施形態1に比べて偏
光変換素子9を第1レンズアレイ4と第2レンズアレイ
5との間に設けていること、凹レンズ8を省略している
ことが異なっているだけであり、その他の基本構成は全
く同じである。また、光学的作用も実施形態1と同じで
ある。
This embodiment is different from the first embodiment in FIG. 1 in that the polarization conversion element 9 is provided between the first lens array 4 and the second lens array 5, and the concave lens 8 is omitted. Only the difference is that the other basic configuration is exactly the same. The optical function is the same as that of the first embodiment.

【0043】図5は本発明の偏光変換素子を有する照明
装置を3板式のカラー液晶プロジェクターに適用したと
きの概略図である。同図において各要素1、2、3、
4、5、8、9、10、13は図1と同様である。10
1は色分解系であり、入射光を3つの色光に分解してい
る。集光レンズ10からの光束はダイクロミラー102
により緑光(G光)が透過し、青光(B光)と赤光(R
光)が反射する。
FIG. 5 is a schematic diagram when the illumination device having the polarization conversion element of the present invention is applied to a three-plate type color liquid crystal projector. In the figure, each element 1, 2, 3,
4, 5, 8, 9, 10, and 13 are the same as those in FIG. 10
Reference numeral 1 denotes a color separation system that separates incident light into three color lights. The light beam from the condenser lens 10 is a dichroic mirror 102
Green light (G light) is transmitted, and blue light (B light) and red light (R
Light) is reflected.

【0044】ダイクロミラー102からのB光とR光の
うちR光はダイクロミラー103で反射し、B光は透過
する。ダイクロミラー102を透過したG光はミラー1
04とコンデンサーレンズ14Gを介してG光用の液晶
パネル6Gを照明している。ダイクロミラー102、1
03で反射したR光はコンデンサーレンズ14Rを介し
てR光用の液晶パネル6Rを照明している。
Of the B light and the R light from the dichroic mirror 102, the R light is reflected by the dichroic mirror 103, and the B light is transmitted. The G light transmitted through the dichroic mirror 102 is the mirror 1
The liquid crystal panel 6G for G light is illuminated via the liquid crystal panel 04G and the condenser lens 14G. Dichroic mirror 102, 1
The R light reflected at 03 illuminates the R light liquid crystal panel 6R via the condenser lens 14R.

【0045】ダイクロミラー102で反射し、ダイクロ
ミラー103を透過したB光は、順にレンズ105、ミ
ラー106、レンズ107、ミラー108、コンデンサ
ーレンズ14Bを介してB光用の液晶パネル6Bを照明
している。
The B light reflected by the dichroic mirror 102 and transmitted through the dichroic mirror 103 illuminates the B light liquid crystal panel 6B via a lens 105, a mirror 106, a lens 107, a mirror 108, and a condenser lens 14B in order. I have.

【0046】各液晶パネル6B、6G、6Rに基づく画
像をダイクロプリズムからなる色合成系109で合成
し、該合成した画像を投射レンズ15でスクリーン(不
図示)面上に投射している。
Images based on the liquid crystal panels 6B, 6G, 6R are synthesized by a color synthesizing system 109 composed of dichroic prisms, and the synthesized images are projected on a screen (not shown) by a projection lens 15.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば以上のように、偏光分離
面と反射面とから成る光学ユニットを複数個、透明な基
板内に適切なるピッチで配列するとともに、各々の光学
ユニットの形状を適切に設定することによって入射して
くる光束の有効利用を図りつつ偏光方向を揃えて射出さ
せることができ、例えば液晶表示素子用の照明装置及び
液晶プロジェクタとして好適な偏光変換素子及びそれを
用いた投影装置を達成することができる。
According to the present invention, as described above, a plurality of optical units each including a polarization splitting surface and a reflecting surface are arranged at an appropriate pitch in a transparent substrate, and the shape of each optical unit is changed. By appropriately setting, it is possible to make the polarization direction uniform and to emit the light beam while effectively utilizing the incident light beam. For example, a polarization conversion element suitable as a lighting device and a liquid crystal projector for a liquid crystal display element and a polarization conversion element are used. A projection device can be achieved.

【0048】この他、本発明の偏光変換素子によれば、
中心部と周辺部で異なる単位ピッチを有していても従来
の如き光軸方向の厚さを階段状にすることなく、材料基
板となるガラス板を積層し、あらかじめ必要となる部分
にのみ、偏光分割部と反射部を形成しておくことで、容
易に製造することが可能である。
In addition, according to the polarization conversion element of the present invention,
Even if the central part and the peripheral part have different unit pitches, the thickness in the optical axis direction is not stepwise as in the conventional case, a glass plate serving as a material substrate is laminated, and only the parts necessary in advance, By forming the polarization splitting part and the reflecting part in advance, it is possible to easily manufacture.

【0049】この他、偏光変換素子は、微小な2次光源
像を、単位毎に分割してP、Sの偏光光を合成するもの
であるから、偏光分離面と、反射面のズレは厳しいもの
となる。これに対して、本発明によれば切断した後に接
合することも無いため、精度的にも高精度な偏光変換素
子を容易に製造することができる。
In addition, since the polarization conversion element is for synthesizing P and S polarized lights by dividing a minute secondary light source image into units, the deviation between the polarization splitting surface and the reflecting surface is severe. It will be. On the other hand, according to the present invention, since there is no joining after cutting, it is possible to easily manufacture a polarization conversion element having high accuracy in terms of accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の偏光変換素子を有した投影装置の実
施形態1の要部概略図
FIG. 1 is a schematic view of a main part of a projection apparatus having a polarization conversion element according to a first embodiment of the invention.

【図2】 図1の偏光変換素子の拡大説明図FIG. 2 is an enlarged explanatory view of the polarization conversion element in FIG.

【図3】 図1の偏光変換素子の製造方法の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for manufacturing the polarization conversion element in FIG.

【図4】 本発明の偏光変換素子を有した投影装置の実
施形態2の要部概略図
FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a second embodiment of the projection apparatus having the polarization conversion element of the present invention.

【図5】 本発明の偏光変換素子を有した投影装置の実
施形態3の要部概略図
FIG. 5 is a schematic view of a main part of a third embodiment of the projection apparatus having the polarization conversion element of the present invention.

【図6】 従来の偏光照明装置の要部概略図FIG. 6 is a schematic view of a main part of a conventional polarized lighting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メタルハライドランプ 2 発光体 3 楕円面鏡(リフレクター) 4 第1レンズアレイ 5 第2レンズアレイ 6 ライトバルブ(液晶表示素子) 8 凹レンズ 9 偏光変換素子 10 凸レンズ 13 λ/2板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal halide lamp 2 Light-emitting body 3 Ellipsoidal mirror (reflector) 4 1st lens array 5 2nd lens array 6 Light valve (liquid crystal display element) 8 Concave lens 9 Polarization conversion element 10 Convex lens 13 λ / 2 plate

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G02F 1/1335 530 G02F 1/1335 530 H04N 5/74 H04N 5/74 A Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G02F 1/1335 530 G02F 1/1335 530 H04N 5/74 H04N 5/74 A

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を偏光面が互いに直交する反射光
と透過光とに分離させる偏光分離面そして該偏光分離面
で分離した一方の光を反射させて、他方の光と同方向に
そろえる反射面とを有する光学ユニットを透明な基板内
に所定のピッチで配列するとともに該反射光と透過光の
うちの一方の光路にλ/2板を配置した偏光変換素子に
おいて該光学ユニットの配列ピッチは、該基板の中心部
と周辺部とで異なり、かつ、該基板は中心部と周辺部の
光の入出射方向の厚さが等しいことを特徴とする偏光変
換素子。
1. A polarized light separating surface for separating incident light into reflected light and transmitted light whose polarizing planes are orthogonal to each other, and one of the lights separated by the polarized light separating surface is reflected and aligned in the same direction as the other light. The arrangement pitch of the optical units in a polarization conversion element in which an optical unit having a reflective surface is arranged at a predetermined pitch in a transparent substrate and a λ / 2 plate is arranged in one of the optical paths of the reflected light and the transmitted light Wherein the thickness of the substrate is different between the central portion and the peripheral portion of the substrate, and the thicknesses of the central portion and the peripheral portion in the light input / output direction are equal.
【請求項2】 前記光学ユニットの配列ピッチは前記基
板の中心部に比べて周辺部で小さくなっていることを特
徴とする請求項1の偏光変換素子。
2. The polarization conversion element according to claim 1, wherein an arrangement pitch of the optical units is smaller in a peripheral portion than in a central portion of the substrate.
【請求項3】 前記基板の周辺部の光学ユニットは、そ
の偏光分離面と反射面を光の進行方向に投影した長さが
該基板の厚さよりも短いことを特徴とする請求項2の偏
光変換素子。
3. The polarized light according to claim 2, wherein the length of the optical unit at the peripheral portion of the substrate, which is obtained by projecting the polarization splitting surface and the reflection surface in the light traveling direction, is shorter than the thickness of the substrate. Conversion element.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項記載の偏光
変換素子と該偏光変換素子の光学ユニットの配列ピッチ
に対応して複数のレンズを配置したレンズアレイとを用
いて光源からの光束を被照明領域に導光していることを
特徴とする照明装置。
4. A light source from a light source using the polarization conversion element according to claim 1 and a lens array in which a plurality of lenses are arranged corresponding to an arrangement pitch of an optical unit of the polarization conversion element. A lighting device, wherein a light beam is guided to a region to be illuminated.
【請求項5】 請求項4記載の照明装置における被照明
領域に設けた被投影画像を投影光学系で所定面上に投影
していることを特徴とする投影装置。
5. A projection apparatus according to claim 4, wherein an image to be projected provided in an illuminated area is projected onto a predetermined surface by a projection optical system.
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