JPH11218608A - 電磁信号の偏波を回転させるマルチミラー装置 - Google Patents

電磁信号の偏波を回転させるマルチミラー装置

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JPH11218608A
JPH11218608A JP10323641A JP32364198A JPH11218608A JP H11218608 A JPH11218608 A JP H11218608A JP 10323641 A JP10323641 A JP 10323641A JP 32364198 A JP32364198 A JP 32364198A JP H11218608 A JPH11218608 A JP H11218608A
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polarization
mirrors
sheet
pattern
light beam
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JP10323641A
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Eric Marcellin-Dibon
マーセリン−ディボン エリック
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    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G02B5/3066—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state involving the reflection of light at a particular angle of incidence, e.g. Brewster's angle
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/286—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising for controlling or changing the state of polarisation, e.g. transforming one polarisation state into another

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長に対して鈍感であり、あまりかさばら
ず、出力光線が入力光線と同じ方向である偏光回転装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は電磁信号の偏波、特に光信号の
偏光を９０°に亘って回転させ、出力光線が入力光線と
略同じ方向を有するマルチミラー装置に関する。この装
置は、３つの鏡（４２，４４，４６）を含む少なくとも
１つの組合せ（４０）を有し、上記３つの鏡はそのうち
の１つの鏡に４５°の入射角で入る光線が他の鏡で同じ
角度で反射されるよう配置され、入射光線の偏光ベクト
ル（Ｖ）は鏡に関して上記３つの鏡のうちの１つにおけ
る反射は偏光の方向を変化させ、他の２つの鏡における
反射はこの偏光の方向を変化させないようにされること
を特徴とする。望ましくは、規則的に繰り返され、全て
が同一の形状及び寸法を有するパターンを形成する複数
の多数鏡の組合せ（４０，４０’，４０”）がシート上
に設けられる。本発明は液晶画像形成要素を有する投写
器に適用されうる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁波の偏波、特に
光波の偏光を回転させるマルチミラー装置に関する。本
発明はまた係る装置の液晶型の画像投写機器への適用に
関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの技術では、電磁波の偏波を回転さ
せることが必要である。以下の説明は、ネマチック型の
液晶からなる要素の中で画像が生成される静止画像又は
動画の投写器の例に制限される。係る液晶は、液晶の軸
に対して決められた向きで直線偏光された光によって照
射されねばならないことが知られている。
【０００３】この直線偏光された光を生成するために、
偏光されていない光源は、第１の方向に液晶要素を照射
するのに適した偏光された光を送出し、直交方向に干渉
偏光を有する光、即ちその偏光ベクトルが第１の方向の
光に対して９０°回転された光を送出する偏光ビームス
プリッタと共に使用される。液晶要素を照射するために
光源によって送出されるエネルギーの全て、又は殆ど全
てが使用されるよう、受けた光の偏光を干渉偏光まで９
０°に亘って回転させる偏光回転装置がしばしば使用さ
れる。
【０００４】偏光を９０°に亘って回転させるには２つ
の既知の方法がある。第１の方法は、干渉直線偏光を１
方向の円偏光へ変換する四分の一波長板、即ちλ／４板
と称される板と、円偏光された光を反射する鏡を設ける
ことである。反射された信号は反対方向の円偏光を有
し、四分の一波長板を通過した後、この信号の直線偏光
は信号がこの四分の一波長板に入る方向に直交する。こ
のように四分の一波長板を離れ、鏡で反射されたあと、
光は適当な方向の直線偏光を有する。入来光線及び出発
光線が同一方向を有する係る装置は比較的コンパクトで
あり、そのため広く使用されている。
【０００５】第２の既知の方法は、全反射プリズムの面
を形成する２つの鏡からなる配置を設け、光がこれらの
面に４５°の入射角で当たるようにすることからなる。
これらの鏡の向き及び配置は、偏光が１つの鏡で反射し
た後に同一方向であり、他の鏡で反射した後に直交する
方向であるようにされる。係る偏光回転装置は殆ど波長
に対して鈍感である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第１の方法は、単一の波長に対して、決められた方向に
のみ正しく動作するという欠点がある。また第２の方法
は非常にかさばる。更にこの装置の出発光線が入来光線
に直交するため、入来光線と出発光線が同一方向である
ことを要求する通常の用途にうまく適合しない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来既知の２
つのアプローチの利点を有するがこれらの欠点を有さな
い偏光回転装置を提供する。本発明による装置は従っ
て、波長に対して鈍感であり、あまりかさばらず、出力
光線は入力光線と同じ方向である。出力光線が入力光線
と同じ方向であるこの装置は、光が各鏡において４５°
の角度で反射する３つの鏡を含む少なくとも１つの組合
せを有し、入射光線及び鏡は、２つの鏡は偏光の方向を
維持し、第３の鏡はこの偏光を９０°に亘って回転させ
るよう配置されることを特徴とする。
【０００８】本発明の望ましい実施例では、複数の３つ
の鏡からなる組合せが設けられ、各組合せは全てが同一
の形状及び寸法を有する規則的に繰り返されるパターン
を形成する。これらのパターンが透明な材料のシートの
１つの面上にレリーフを形成することは特に有利であ
る。この場合、偏光回転装置は例えばアクリル材料とい
った透明なプラスチックをモールディングすることによ
って製造されうる。
【０００９】通常使用される透明な材料は一般的に１．
４乃至１．７の屈折率を有するため、全反射は約４０
°、又はそれ以上の入射角で生ずることに注意すべきで
ある。これらの条件の下では、４５°での入射は全反射
に対応し、即ち損失がない。望ましくは、パターンは連
続的であり、入射光線に直交する平面上での投射のと
き、これらのパターンは不連続性（中断）なしに表面を
完全に埋める。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の他の特徴及び利点は添付
の図面を参照していくつかの実施例より明らかとなろ
う。図１は「ＬＣＤ投写器」とも称される液晶投写器の
一部を示す図である。この投写器は非偏光光線１２を生
成する光源１０からなる。この光線１２は光線を異なる
偏光へ分割する共通面２０を有する本例では２つのプリ
ズム１６及び１８の形状の偏光ビームスプリッタ１４へ
向けられる。この面２０は入射光線１２に対して４５°
に向けられている。
【００１１】この面２０に当たる光線１２は、本例では
水平であり所望の偏光に対応するベクトルＰ1 を有する
直線偏光された伝送された光線２２と、面２０によって
反射され、従ってその偏光ベクトルＳが垂直な、即ちベ
クトルＰ1 に直交する入射光線１２に直交する光線２４
へ分割される。光線２２に直交する光線２４は本発明に
よる偏光回転装置を形成する透明材料のシート２６の上
に向けられる。光線２４はシート２６の入口面２８に直
交してシート２６に入る。光線２４は、同じ方向を有す
るが偏光Ｓに直交する偏光Ｐ、即ち水平の偏光を有する
光線３２として面２８から出現するよう、面２８と反対
側の面３０上のレリーフで反射される。光線３２はスプ
リッタ１４を通過して戻り、光線２２の偏光Ｐ1 と同様
に維持された水平の偏光Ｐ2 を有する光線３４として出
現する。
【００１２】これらの光線２２及び３４は、鏡からなる
手段（図示せず）によって画像形成液晶要素（図示せ
ず）上へ向けられる。本発明のシート２６は透明なプラ
スチックによって形成される。シート２６は図２に斜視
図で示されるレリーフを有する。これらのレリーフはパ
ターン４０の繰り返しによって形成される規則的な格子
を構成する。
【００１３】基本的なパターン４０は、図３の平面図、
及び図４の斜視図に示される。パターンは入口面２８の
平面に平行なベクトルに沿った並進によって互いから得
られる。係るパターン４０は夫々が鏡を構成する３つの
面４２，４４，４６によって形成される。
【００１４】第１の面４２は、入口面２８の平面に直交
する。幾つかの面４２は図２中、ハッチングを付されて
示されており、これらに対して、全ての面４２は同一平
面にあるか、又は互いに平行であることが指摘されるべ
きである。第２の面４４は、面４２に対して４５°に傾
斜されると共に、シート２６の入口面２８に対して４５
°に傾斜される。
【００１５】同様に、各パターン４０の第３の面４６は
面４２に対して４５°に傾斜されると共に、面２８に対
して４５°に傾斜される。第３の面４６は、面４４と共
通の縁４８を有する。面４４及び４６は共通の縁４８に
よって画成される平面及び面２８に直交する方向に対し
て対称である。以下図４を参照してパターン４０のジオ
メトリを詳述する。
【００１６】パターンの形状及び寸法を決めるため、ｘ
座標軸Ｏｘ、ｙ座標軸Ｏｙ及びｚ座標軸Ｏｚと共に、３
次元直交３面体が図示されている。この３面体の原点Ｏ
は縁４８と面４２とに共通な点にある。Ｏｘ軸及びＯｙ
軸によって画成される平面は面２８に平行である。面４
２は、同じｚ座標を有しＯｚ軸に平行な等しい長さの２
つの端縁Ａ1 −Ａ2 及びＣ1 −Ｃ2 を有する上下逆にさ
れたＶ字型の概形を有する。
【００１７】この面４２の頂点Ａ1 ，Ｏ，Ｃ1 ，Ｃ2 ，
Ｂ1 及びＡ2 の座標は以下の通りである。
【００１８】
【数２】
【００１９】慣習通り、各点に関連する各列において、
第１の値はｘ座標を表わし、第２の値はｙ座標を表わ
し、第３の値はｚ座標を表わす。ａは長さを表わし、本
例では約１ｍｍ以下の値を有する。頂点の表示は、添え
字１はｚ座標が
【００２０】
【外１】
【００２１】に、添え字２はｚ座標が
【００２２】
【外２】
【００２３】に対応するようにされていることに注意す
べきである。面４４は頂点Ａ1 ，Ｏ，Ｅ1 及びＦ2 を有
する菱形の概形を有する。頂点Ｅ1及びＦ2 の座標は以
下の通りである。
【００２４】
【数３】
【００２５】最後に、第３の面４６は面４４と全く同じ
であり、即ち菱形Ｏ，Ｃ1 ，Ｄ2 ，Ｅ1 の形状を有す
る。頂点Ｄ2 の座標は、
【００２６】
【数４】
【００２７】である。Ｏｘ軸に沿った並進によってパタ
ーン４０から得られた隣接するパターン４０’は、この
パターン４０’の頂点Ｆ’2 ，Ｅ’1 及びＤ’2 が夫々
頂点Ａ2 ，Ｂ 1 及びＣ2 と一致するようパターン４０と
連結される。ｙ軸Ｏｙの方向に沿った並進によってパタ
ーン４０から得られた隣接するパターン４０”は、夫々
パターン４０の頂点Ｃ2 ，Ｃ1 及びＤ2 と一致する頂点
Ａ” 2 ，Ａ”1 及びＦ”2 を有する。このように、全て
のパターンは不連続性なしに、即ち中断なしに互いに連
結され、全てのパターンは同じ高さを有する。面３０は
深さ全体が
【００２８】
【外３】
【００２９】のレリーフを有する面の形状である。Ｏｚ
軸に平行なＯｘｙ平面上へ投影すると、パターンは隙間
なしに完全に表面を埋めることがわかるであろう。シー
ト２６の厚さは少なくとも
【００３０】
【外４】
【００３１】である。１つの例では、この厚さは約２乃
至３ｍｍである。偏光ビームスプリッタ１４に対するシ
ート２６の向きは、入来光線がその偏光ベクトルを方向
Ｅ1 Ｃ1 に平行に、又は方向Ａ1 Ｅ1 に平行に、即ちＯ
ｘ軸及びＯｙ軸に対して４５°にして、いかなる場合も
これらのＯｘ軸及びＯｙ軸によって画成される平面に平
行に、従って入口面２８に平行であるよう選択されねば
ならない。
【００３２】ここでは、Ｏｚ軸に平行な方向であり、Ａ
1 Ｅ1 に平行な偏光Ｖを有する入射光線２４を考え、こ
の光線はまず面４４によって反射される。反射された光
線５０はやはりＡ1 Ｅ1 に平行な偏光ベクトルＶ’を有
する。この光線５０は入口面に直交する第１の面４２で
反射される。そこから生ずる光線５２は９０°に亘って
回転された、即ちＥ1 Ｃ1 に平行な偏光ベクトルＶ’1
を有する。
【００３３】光線５２は同様に４５°の角度で面４６で
反射される。出発光線３２は入来光線２４と平行、即ち
Ｏｚ軸に平行であり、その偏光ベクトルＶ’2 はやはり
Ｅ1Ｃ1 に平行、即ち入射光線２４の偏光ベクトルＶに
直交する。Ｏｚ方向に面４６に入射し、Ｅ1 Ｃ1 に平行
な偏光を有する光線は直交する偏光で出発することが容
易に理解されよう。
【００３４】Ｅ1 Ｃ1 に平行な偏光を有し、まず面４４
によって反射される入来光線２４は、反射された光線５
０が直交する方向、即ちＡ1 Ｅ1 に平行な偏光を有する
よう戻される。面４２及び４６での続く反射はもはや偏
光ベクトルの向きを変化させず、従って偏光ベクトルは
Ａ1 Ｅ1 に平行な方向で出現する。この状況は以下のよ
うに概約される。光線はＯｘ軸及びＯｙ軸に対して４５
°の偏光ベクトルで面２８に直交する方向でシート２６
に入る。各入射光線はまず４５°の角度で全反射鏡４４
又は４６によって反射される。やはり全反射鏡である鏡
４２は鏡４４又は４６から入来する光線を受け、反射す
る。入射角もまた４５°であり、入射及び反射光線はｘ
Ｏｙ平面に平行な平面にある。鏡４２によって反射され
た光線は、鏡４６又は４４で４５°の角度で最終的な反
射をされる。偏光ベクトルは３つの鏡のうちの１つにお
いてのみ方向の変化をされる。
【００３５】上述の実施例では偏光ビームスプリッタは
２つのプリズムの組み合わせからなるが、ブルースター
角以下の入射角で動作するガラス／空気板又は３Ｍ社に
よってＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）
なる名称で市販されている偏光ビームスプリッタフィル
ムといった任意の他の偏光ビームスプリッタが適するこ
とはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による偏光回転シートからなる投写器の
一部を示す斜視図である。
【図２】本発明によるシート上のレリーフを示す斜視図
である。
【図３】図２に示されるシート上のパターンを拡大して
示す平面図である。
【図４】本発明によるシート上のパターンを３つの直交
軸からなる座標系で示し、また光線及びそれらの偏光ベ
クトルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 光源 １２ 光線 １４ 偏光ビームスプリッタ １６，１８ プリズム ２０ 面 ２６ シート ２８ 入口面 ３０ 面 ４０ パターン ４２ 第１の面 ４４ 第２の面 ４６ 第３の面 ４８ 縁

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 出力光線が入力光線の方向と略同じ方向
    を有する、電磁信号の偏波、特に光信号の偏光を９０°
    に亘って回転させるマルチミラー装置であって、 ３つの鏡（４２，４４，４６）を含む少なくとも１つの
    組合せ（４０）を有し、該３つの鏡はそのうちの１つの
    鏡に４５°の入射角で入る光線が他の鏡において同じ角
    度で反射されるよう配置され、入射光線の偏光ベクトル
    （Ｖ）は鏡については該３つの鏡のうちの１つにおける
    反射は偏光の方向を変化させ、他の２つの鏡における反
    射はこの偏光の方向を変化させないようにされることを
    特徴とするマルチミラー装置。
  2. 【請求項２】 規則的に繰り返され、全てが同一の形状
    及び寸法を有するパターンを形成する複数の多数鏡の組
    合せ（４０，４０’，４０”）からなることを特徴とす
    る、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 入射光線（２４）に直交する平面（ｘＯ
    ｙ）上の入射光線（２４）に平行な投射では、パターン
    は連続的であり、不連続性なしに画成された表面を完全
    に埋めることを特徴とする、請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 パターンは透明な材料のシート（２６）
    の１つの面（３０）上にレリーフを形成し、このシート
    の材料の屈折率はこのシートの内部の４５°の反射が全
    反射に対応するようにされることを特徴とする、請求項
    ２又は３記載の装置。
  5. 【請求項５】 シートは光線が直交に入来し出発する入
    口面（２８）を有し、各パターン（４０）は入口面に直
    交する面（４２）からなることを特徴とする、請求項４
    記載の装置。
  6. 【請求項６】 全てのパターンは入口面（２８）に対し
    て同じ高さを有することを特徴とする、請求項５記載の
    装置。
  7. 【請求項７】 各パターンの第２の面（４４）及び第３
    の面（４６）はそれらの共通の縁（４８）を含む面と入
    口面（２８）に直交する方向（Ｏｚ）とに対して対称で
    あることを特徴とする、請求項５又は６記載の装置。
  8. 【請求項８】 ｘ座標及びｙ座標の平面（Ｏｘｙ）が入
    口面（２８）に平行であり、原点がこの入口面（２８）
    から最も遠くのパターンの頂点（Ｏ）に対応する直交座
    標系（Ｏｘｙｚ）では、ａを一定の長さとすると、パタ
    ーンの頂点Ｏ，Ａ1 ，Ａ2 ，Ｂ1 ，Ｃ2 ，Ｃ1 ，Ｆ2 ，
    Ｅ1 及びＤ2 は以下の座標、即ち、 【数１】 を有することを特徴とする、請求項５乃至７のうちいず
    れか１項記載の装置。
  9. 【請求項９】 シートはモールディングによって形成さ
    れることを特徴とする、請求項４乃至８のうちいずれか
    １項記載の装置。
  10. 【請求項１０】 シートの材料はプラスチックを含むこ
    とを特徴とする、請求項４乃至９のうちいずれか１項記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 偏光されていない放射線（１２）の源
    （１０）からの放射線を決められた方向の直線偏光を有
    する放射線へ変換するために請求項１乃至１０のうちい
    ずれか１項記載の装置を適用した機器であって、 決められた方向に直線偏光（Ｐ1 ）を有する第１の放射
    線（２２）と、直交する偏光（Ｓ）を有し出発放射線
    （３２）の偏光が第１の放射線（２２）の偏光（Ｐ1 ）
    と同じ平面にあるよう偏光回転装置へ与えられる放射線
    （２４）とを送出する偏光ビームスプリッタ（１４）を
    更に有する機器。
  12. 【請求項１２】 液晶画像形成要素を有し、請求項１乃
    至１０のうちいずれか１項記載の装置を有する投写器。
JP10323641A 1997-11-18 1998-11-13 電磁信号の偏波を回転させるマルチミラー装置 Pending JPH11218608A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9714440 1997-11-18
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EP (1) EP0916987A1 (ja)
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