JPH1195172A - Polarized light source device - Google Patents

Polarized light source device

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JPH1195172A
JPH1195172A JP9258049A JP25804997A JPH1195172A JP H1195172 A JPH1195172 A JP H1195172A JP 9258049 A JP9258049 A JP 9258049A JP 25804997 A JP25804997 A JP 25804997A JP H1195172 A JPH1195172 A JP H1195172A
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JP
Japan
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light
polarization
polarized light
light source
polarized
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Application number
JP9258049A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Kubota
洋治 久保田
Takashi Sugiyama
隆 杉山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NAGANO KOGAKU KENKYUSHO KK
Nagano Optics Laboratory Corp
Original Assignee
NAGANO KOGAKU KENKYUSHO KK
Nagano Optics Laboratory Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NAGANO KOGAKU KENKYUSHO KK, Nagano Optics Laboratory Corp filed Critical NAGANO KOGAKU KENKYUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarized light source device which is small and compact to make the device suitable for utilization as a light source for a liquid crystal projector, etc., and is inexpensively producible. SOLUTION: The half of the circular exit opening 3b of the light source lamp 4 of the polarization light source device 1 is shielded by a reflection plate 6 and light I is emitted from an opening part 3c of the remaining semi-circular shape. The light I(s) of the S polarized light component of the light I is reflected by a polarized light separating film 11 and the light I(p) of the P polarizing plate component transmits the first and second polarized light separating films 11, 12. The transmitted light is reflected by a total reflection plate 14, by which the light is passed twice through a quarter-wave plate 13 and is made to the light I'(s) of the S polarizing plate component. This light is reflected by the second polarized light separating film 12. The polarized luminous flux I(out) which is obtd. via a condenser lens 15 and is aligned in the polarization direction is made into the polarized luminous flux of a circular shape consisting of the light I(s) and I'(s). The size of the optical element for polarized light conversion is made small and the increase of the optical path length for the polarized light conversion is suppressed. Even more, the smaller number of the times that the light which is the object for the polarized light conversion passes the optical element is necessitated.

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、液晶プロジェクタ
ー等の光源装置として使用される特定の偏光成分のみか
らなる出射光を出射する偏光光源装置に関するものであ
る。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a polarized light source device that emits outgoing light consisting of only a specific polarization component and is used as a light source device for a liquid crystal projector or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶プロジェクター等の液晶表示装置に
おいては、メタルハライドランプ等のアークランプやハ
ロゲンランプからなる光源ランプからの平行光を液晶パ
ネルからなるライトバルブに照射し、当該ライトバブル
において表示画像に対応する変調を施した後に投写光学
系を介して投写面上に投写画像を形成するようになって
いる。ここで、画像情報に対応した変調を光に施すため
の液晶ライトバルブは特定の偏光成分のみを使用してお
り、光源ランプから出射される平行光をそのまま液晶ラ
イトバルブに照射しても偏光方向が異なる半分の光成分
は利用されないので、光の利用効率が悪く、投写画像を
明るくできない。
2. Description of the Related Art In a liquid crystal display device such as a liquid crystal projector, a parallel light from a light source lamp such as an arc lamp such as a metal halide lamp or a halogen lamp is radiated to a light valve formed of a liquid crystal panel, and a display image is formed in the light bubble. After the corresponding modulation, a projection image is formed on a projection surface via a projection optical system. Here, the liquid crystal light valve for modulating the light corresponding to the image information uses only a specific polarization component, and even if the liquid crystal light valve is irradiated with the parallel light emitted from the light source lamp as it is, the polarization direction is changed. However, half of the light components that differ from each other are not used, so that the light use efficiency is low and the projected image cannot be brightened.

【0003】そこで、従来においては、光源ランプから
出射される平行光を、偏光変換光学系に導き、ここを介
して偏光方向を揃えた後に液晶ライトバルブに照射する
ことにより、光の利用効率を高め、明るい投写画像を得
るようにしている。例えば、特開平8−29734号公
報には、このような偏光変換光学系を備えた表示装置の
光源が開示されている。また、特開平3−13983号
公報にも、偏光変換光学系を備えた投写型液晶表示装置
が開示されている。
Therefore, conventionally, parallel light emitted from a light source lamp is guided to a polarization conversion optical system, the polarization direction is adjusted through the parallel light, and then irradiated to a liquid crystal light valve, thereby increasing the light use efficiency. To obtain a bright projected image. For example, JP-A-8-29734 discloses a light source of a display device having such a polarization conversion optical system. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-13983 discloses a projection type liquid crystal display device provided with a polarization conversion optical system.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】図4には特開平8−2
9734号公報に記載の光源を示してあり、この光源1
00の偏光変換光学系は、光源光軸上に配置された偏光
ビームスプリッター101を挟み、入射側に配置された
1/4波長板102および出射側に配置された1/4波
長板103と、1/4波長板103の後方に配置された
全反射ミラー104と、偏光ビームスプリッタ101の
側方に配置された全反射ミラー105とを備えている。
偏光ビームスプリッター101は光源ランプ106から
出射される平行光のうちのS偏光成分を直交方向に反射
し、P偏光成分をそのまま透過させる偏光分離膜101
aが備わっており、従って、光源ランプ106から出射
される平行光に含まれるP偏光成分は、少なくとも1/
4波長板を7回、偏光ビームスプリッター101を5回
通過する必要がある。
FIG. 4 shows the structure of Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-2.
No. 9734 discloses a light source.
The polarization conversion optical system 00 has a quarter-wave plate 102 arranged on the incident side and a quarter-wave plate 103 arranged on the emission side, sandwiching the polarization beam splitter 101 arranged on the optical axis of the light source. It includes a total reflection mirror 104 disposed behind the 波長 wavelength plate 103 and a total reflection mirror 105 disposed on the side of the polarization beam splitter 101.
The polarization beam splitter 101 reflects the S-polarized light component of the parallel light emitted from the light source lamp 106 in the orthogonal direction, and transmits the P-polarized light component as it is.
a, and the P-polarized light component included in the parallel light emitted from the light source lamp 106 is at least 1 /
It is necessary to pass through the four-wavelength plate seven times and pass through the polarizing beam splitter 101 five times.

【0005】この構成の偏光変換光学系では、偏光変換
のために、一方の偏光成分の光は上記のように多数回1
/4波長板、偏光ビームスプリッターを通過する必要が
あり、このために、これらの光学素子を通過する際に発
生する光量損失や、偏光効率の劣化を無視できない。よ
って、光源ランプから出射される光の利用効率が低いと
いう解決すべき課題がある。
[0005] In the polarization conversion optical system having this configuration, the light of one polarization component is emitted many times as described above for the polarization conversion.
It is necessary to pass through a 波長 wavelength plate and a polarizing beam splitter, and therefore, loss of light amount and deterioration of polarization efficiency generated when passing through these optical elements cannot be ignored. Therefore, there is a problem to be solved that the utilization efficiency of light emitted from the light source lamp is low.

【0006】一方、図5には特開平3−13983号公
報に記載されている投写型液晶表示装置を示してあり、
この投写型液晶表示装置200の偏光変換光学系は、偏
光ビームスプリッター201と、光源光軸に直交する方
向に向けて偏光ビームスプリッター201に並列配置し
た光路変更用プリズム203と、この光路変更用プリズ
ム203の出射面に対峙した位置に配置された1/2波
長板204とを備えている。この光学系では、光源ラン
プ205から出射した平行光は偏光ビームスプリッター
201において一方の偏光成分が透過し、これに直交す
る偏光成分は直角に反射されて光路変更用プリズム20
3に入射し、ここを介して再び光源光軸と平行な方向に
反射され、1/2波長板を介して偏光方向が90度回転
させられる。
On the other hand, FIG. 5 shows a projection type liquid crystal display device described in JP-A-3-13983.
The polarization conversion optical system of the projection type liquid crystal display device 200 includes a polarization beam splitter 201, an optical path changing prism 203 arranged in parallel with the polarization beam splitter 201 in a direction orthogonal to the optical axis of the light source, and an optical path changing prism. And a half-wave plate 204 disposed at a position facing the exit surface of the light-emitting device 203. In this optical system, the parallel light emitted from the light source lamp 205 transmits one polarization component in the polarization beam splitter 201, and the polarization component orthogonal to the parallel light is reflected at a right angle to form the optical path changing prism 20.
3, the light is again reflected in a direction parallel to the optical axis of the light source, and the polarization direction is rotated by 90 degrees via a half-wave plate.

【0007】しかしながら、この構成の偏光変換光学系
においては、偏光変換を行うために、光源ランプ205
から出射した平行光束の幅が、その射出開口に対して横
方向に2倍に広がってしまう。このために、光学系を配
置するために設置面積がその分多く必要となるという解
決すべき課題がある。また、一方向に広がった偏光光束
を本来の利用光束形状に戻すために、シリンダー系コン
バージョンレンズが必要であり、その分、光学系の大型
化、コストアップを招いてしまうという解決すべき課題
がある。
However, in the polarization conversion optical system having this configuration, the light source lamp 205 is required to perform the polarization conversion.
The width of the parallel light beam emitted from the light source is doubled in the lateral direction with respect to the exit aperture. For this reason, there is a problem to be solved that an installation area is required to arrange the optical system. In addition, in order to return the polarized light beam that has spread in one direction to the original shape of the used light beam, a cylindrical conversion lens is required, which leads to an increase in the size of the optical system and an increase in cost. is there.

【0008】本発明の課題は、偏光変換を光量損失が少
なく、しかも偏光効率の低下を招くくとなく行うことの
可能な偏光光源装置を提案することにある。
An object of the present invention is to propose a polarized light source device capable of performing polarization conversion with a small loss of light amount and without causing a decrease in polarization efficiency.

【0009】また、本発明の課題は、偏光変換を行うた
めに必要な光学素子の数が少なくて済み、また光学素子
の小型化を実現可能な偏光光源装置を提案することにあ
る。
It is another object of the present invention to provide a polarized light source device which requires a small number of optical elements for performing polarization conversion and can realize miniaturization of the optical elements.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、発光管および当該発光管からの発散光
を射出開口に向けて反射する反射鏡を備えた光源ランプ
と、この光源ランプの前記射出開口からの出射光の偏光
方向を揃えて偏光光とする偏光変換光学系とを有する偏
光光源装置において、次の構成を採用している。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a light source lamp including a light emitting tube and a reflector for reflecting divergent light from the light emitting tube toward an emission opening. The following configuration is employed in a polarized light source device having a polarization conversion optical system that aligns the polarization direction of light emitted from the emission opening of the light source lamp to generate polarized light.

【0011】すなわち、前記光源ランプは、前記射出開
口を、当該開口形状の一つの対称軸を中心として片側部
分を遮蔽し、当該部分から出射する光成分を同一方向に
反射する反射板を有した構成となっている。
That is, the light source lamp has a reflecting plate that shields the emission opening on one side portion about one axis of symmetry of the opening shape and reflects a light component emitted from the portion in the same direction. It has a configuration.

【0012】また、前記偏光変換光学系は、前記反射板
によって遮蔽されていない前記射出開口の部分を介して
出射された出射光に含まれるP偏光成分およびS偏光成
分のうちの一方の偏光成分の光のみを直角に反射し、他
方の偏光成分の光を透過させる第1の偏光分離膜と、こ
の第1の偏光分離膜を透過した偏光成分を反対方向に反
射する全反射板と、前記第1の偏光分離膜および前記全
反射板の間の光路上に配置された1/4波長板と、前記
第1の偏光分離膜および前記1/4波長板の間の光路上
において前記第1の偏光分離膜に直交する状態に配置さ
れ、前記第1の偏光分離膜と同一の偏光分離特性を備え
た第2の偏光分離膜とを有した構成となっている。
[0012] The polarization conversion optical system may include one of a P-polarized light component and an S-polarized light component included in the outgoing light emitted through the portion of the emission opening that is not shielded by the reflector. A first polarization separation film that reflects only the light at right angles and transmits the light of the other polarization component, a total reflection plate that reflects the polarization component transmitted through the first polarization separation film in the opposite direction, A quarter-wave plate disposed on an optical path between a first polarization splitting film and the total reflection plate, and the first polarization splitting film on an optical path between the first polarization splitting film and the quarter-wave plate And a second polarization splitting film having the same polarization splitting characteristic as the first polarization splitting film.

【0013】このように構成した本発明の偏光光源装置
においては、光源ランプにおける実際の出射光射出開口
は反射板によって遮蔽されていない片側部分である。従
って、ここから出射された出射光を偏光変換するために
配置されている偏光変換光学系を構成している各光学素
子は従来の半分の寸法でよいので、光学系を小型でコン
パクトに構成できる。
[0013] In the polarized light source device of the present invention configured as described above, the actual emission light exit opening of the light source lamp is a one side portion that is not shielded by the reflector. Accordingly, each optical element constituting the polarization conversion optical system arranged to convert the emitted light emitted therefrom into a polarized light can be half the size of the conventional one, so that the optical system can be made small and compact. .

【0014】また、光源ランプから出射された出射光の
断面形状は、当該光源ランプの射出開口形状の半断面形
状となっており、この出射光に含まれる一方の偏光成分
(第1の偏光成分)は、第1の偏光分離膜で反射され
る。他方の偏光成分(第2の偏光成分)は、同一偏光分
離特性の第2の偏光分離膜も透過した後に、1/4波長
板を通って全反射板に到り、ここで同一方向に反射さ
れ、再び1/4波長板を通ることにより、偏光方向が9
0度回転して第1の偏光成分と偏光方向が同一となる。
この結果、この第2の偏光成分は第2の偏光分離膜にお
いて直角に反射されて、第1の偏光成分と同一の方向に
出射する。
The cross-sectional shape of the light emitted from the light source lamp is a half cross-sectional shape of the shape of the exit opening of the light source lamp. Is reflected by the first polarization splitting film. The other polarized light component (the second polarized light component) also passes through the second polarized light separating film having the same polarized light separating characteristic, then reaches the total reflection plate through the に wavelength plate, where it is reflected in the same direction. Then, the light passes through the quarter-wave plate again, so that the polarization direction is 9
By rotating by 0 degrees, the polarization direction becomes the same as the first polarization component.
As a result, the second polarized light component is reflected at right angles by the second polarized light separating film, and exits in the same direction as the first polarized light component.

【0015】従って、偏光変換される偏光成分が各光学
素子を通過する回数が少ないので、光量損失、偏光効率
の低下を抑制できる。
Accordingly, since the number of times that the polarized light component to be polarization-converted passes through each optical element is small, it is possible to suppress loss of light amount and decrease in polarization efficiency.

【0016】また、光源ランプの射出開口形状の半断面
形状をした第1の偏光成分からなる光束と、対称な半断
面形状をした偏光変換後の第2の偏光成分の光束を合成
することにより、反射板によって遮られることなく光源
ランプからそのまま出射された出射光束と同一形状の合
成光束を得ることができる。
Further, the light flux composed of the first polarized light component having a half cross-sectional shape of the exit opening shape of the light source lamp and the light flux of the second polarized light component having a symmetrical half cross-sectional shape after polarization conversion are synthesized. Thus, it is possible to obtain a combined light beam having the same shape as the emitted light beam directly emitted from the light source lamp without being blocked by the reflector.

【0017】なお、光源ランプからの出射光は、反射鏡
の形状等を選択することにより実質的な平行光とするこ
とができる。
The light emitted from the light source lamp can be made substantially parallel light by selecting the shape of the reflecting mirror and the like.

【0018】ここで、本発明の偏光光源装置の偏光変換
光学系においては、前記1/4波長板および前記全反射
板を配置する代わりに、前記第2の偏光分離膜を透過し
た後の偏光成分の光を、その偏光方向を90度回転させ
ると共に前記第2の偏光分離膜に向けて全反射する反射
型液晶装置を配置した構成を採用することもできる。こ
の構成を採用すれば、偏光変換対象の偏光成分が光学素
子を通過する回数を少なくでき、また、偏光変換に必要
な光学素子の個数も少なくて済むので、小型で、光利用
効率が良く、偏光効率の低下が少なく、しかも廉価な光
学系を実現できる。
Here, in the polarization conversion optical system of the polarized light source device of the present invention, instead of disposing the quarter-wave plate and the total reflection plate, the polarized light after passing through the second polarized light separating film is used. It is also possible to adopt a configuration in which the reflection type liquid crystal device that rotates the polarization direction of the component light by 90 degrees and totally reflects the component light toward the second polarization splitting film is arranged. If this configuration is adopted, the number of times that the polarization component to be subjected to the polarization conversion passes through the optical element can be reduced, and the number of optical elements required for the polarization conversion can be reduced. It is possible to realize an inexpensive optical system with little decrease in polarization efficiency.

【0019】また、本発明の偏光光源装置の偏光変換光
学系においては、前記第2の偏光分離膜、前記1/4波
長板、および前記全反射板を配置する代わりに、前記第
1の偏光分離面を透過した後の偏光成分を反射して前記
第1の偏光分離膜で反射された偏光成分と同一方向に出
射する第1および第2の全反射板と、前記第1の全反射
板の入射側、前記第1および第2の全反射板の間、ある
いは前記第2の全反射板の出射側のうちの何れかに配置
された1/2波長板とを配置した構成を採用することも
できる。この構成を採用すれば、一般的に高価な偏光分
離膜を備えた偏光ビームスプリッターを1個省略して、
安価な反射板を利用できるので、光学系を全体として廉
価に構成することが可能になる。
Further, in the polarization conversion optical system of the polarized light source device of the present invention, instead of disposing the second polarized light separating film, the quarter-wave plate, and the total reflection plate, the first polarized light is used. A first and a second total reflection plate for reflecting the polarized light component transmitted through the separation surface and emitting the polarized light component in the same direction as the polarized light component reflected by the first polarization separation film; and the first total reflection plate And a half-wave plate disposed between the first and second total reflection plates or on the emission side of the second total reflection plate. it can. If this configuration is adopted, one polarization beam splitter having a generally expensive polarization separation film is omitted, and
Since an inexpensive reflector can be used, the optical system can be configured at a low cost as a whole.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(第1の実施の形態)図1には、本発明を適用した偏光
光源装置の光学系を示してある。この図に示すように、
偏光光源装置1は、発光管2および当該発光管2からの
発散光を平行光となるように反射する反射鏡3を備えた
光源ランプ4と、この光源ランプ4からの平行光の偏光
方向を揃えて偏光光として出射する偏光変換光学系5と
を有している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows an optical system of a polarized light source device to which the present invention is applied. As shown in this figure,
The polarized light source device 1 includes a light source lamp 4 having an arc tube 2 and a reflecting mirror 3 for reflecting divergent light from the arc tube 2 so as to become parallel light, and a polarization direction of the parallel light from the light source lamp 4. And a polarization conversion optical system 5 that emits the polarized light as aligned light.

【0021】光源ランプ4の発光管2はメタルハライド
ランプ等のアークランプやハロゲンランプである。ま
た、反射鏡3としては、その反射面3aが楕円面のも
の、放物面のものを使用できる。発光管2からの発散光
は、直接に、あるいは反射面3aで反射されて、全体と
してほぼ平行光束となって、反射面の円形射出開口3b
を介して出射される。しかるに、本例では、この円形射
出開口3bの一つの対称軸を中心として片側部分が反射
板によって封鎖されている。すなわち、円形射出開口3
bの図1における下側の半円形部分は、当該半円形に対
応する形状をした半円形の反射板6によって封鎖されて
いる。この反射板6の反射面6aは光源光軸4aに直交
している。従って、この反射板6の反射面6aを照射し
た半円形断面の平行光束は同一方向に反射され、再び反
射鏡3の反射面3aによって反射されて、円形射出開口
3bにおける他方の側(図における上側)の半円形の開
口部分3cを通って、偏光変換光学系5に向けて出射さ
れる。
The arc tube 2 of the light source lamp 4 is an arc lamp such as a metal halide lamp or a halogen lamp. The reflecting mirror 3 may have an elliptical reflecting surface 3a or a parabolic reflecting surface. The divergent light from the arc tube 2 is reflected directly or on the reflecting surface 3a to be a substantially parallel light beam as a whole, and the circular exit opening 3b of the reflecting surface.
Are emitted through However, in this example, one side of the circular emission opening 3b around one axis of symmetry is closed by a reflector. That is, the circular injection opening 3
The lower semicircular portion in FIG. 1B is closed off by a semicircular reflector 6 having a shape corresponding to the semicircle. The reflecting surface 6a of the reflecting plate 6 is orthogonal to the light source optical axis 4a. Therefore, the parallel light flux having a semicircular cross section irradiated on the reflecting surface 6a of the reflecting plate 6 is reflected in the same direction, is reflected again by the reflecting surface 3a of the reflecting mirror 3, and is returned to the other side (in FIG. The light is emitted toward the polarization conversion optical system 5 through the (upper) semicircular opening 3c.

【0022】なお、本例では、半円形の開口部分3cの
出射側には赤外線除去フィルター7が配置されており、
図において斜線部分で示される半円形断面の平行光束I
はこのフィルター7を通って偏光変換光学系5に出射さ
れる。
In this embodiment, an infrared removal filter 7 is disposed on the emission side of the semicircular opening 3c.
In the figure, a parallel light flux I having a semicircular cross section indicated by a hatched portion.
Is emitted to the polarization conversion optical system 5 through this filter 7.

【0023】次に、偏光変換光学系5は、プリズム合成
体からなる偏光ビームスプリッター8を備えており、こ
の偏光ビームスプリッター8は、光源光軸4aに直交す
る第1の偏光分離膜11と、この第1の偏光分離膜11
の一端に連続して直交する方向に延びている第2の偏光
分離膜12を備えている。これら第1および第2の偏光
分離膜11、12の偏光分離特性は同一であり、例え
ば、平行光束Iに含まれるS偏光成分の光I(s)のみ
を反射し、P偏光成分の光I(p)を透過させるように
その特性が設定されている。このような偏光分離膜は例
えば誘電体多層膜として構成することができる。
Next, the polarization conversion optical system 5 includes a polarization beam splitter 8 composed of a prism composite. The polarization beam splitter 8 includes a first polarization separation film 11 orthogonal to the light source optical axis 4a, This first polarization separation film 11
And a second polarization separation film 12 extending in the direction orthogonal to the one end. The polarization separation characteristics of the first and second polarization separation films 11 and 12 are the same. For example, only the light I (s) of the S-polarized component included in the parallel light flux I is reflected, and the light I of the P-polarized component is reflected. The characteristic is set so as to transmit (p). Such a polarization separation film can be configured as, for example, a dielectric multilayer film.

【0024】この偏光ビームスプリッター8の光源光軸
4aの方向の後方側には、1/4波長板13と、全反射
板14がこの順序で配置されている。また、偏光ビーム
スプリッター8における光源光軸4aに平行なS偏光光
出射面8aに対して、光路後方側にはコンデンサーレン
ズ15が配置されている。
Behind the polarizing beam splitter 8 in the direction of the light source optical axis 4a, a quarter-wave plate 13 and a total reflection plate 14 are arranged in this order. Further, a condenser lens 15 is disposed on the rear side of the optical path with respect to the S-polarized light exit surface 8a of the polarization beam splitter 8 parallel to the light source optical axis 4a.

【0025】このように構成した本例の偏光光源装置1
においては、次のようにして、光源ランプ4から出射さ
れた半円形断面の平行光束Iに偏光変換が施されて、偏
光方向がS偏光方向に揃った偏光光束I(out)とな
って出射される。
The polarized light source device 1 of the present embodiment configured as described above.
In the above, the parallel light flux I having a semicircular cross section emitted from the light source lamp 4 is subjected to polarization conversion in the following manner, and emitted as a polarized light flux I (out) whose polarization direction is aligned with the S polarization direction. Is done.

【0026】半円形断面の平行光束Iは、まず、偏光ビ
ームスプリッター8の第1の偏光分離膜11において、
そのS偏光成分の光I(s)のみが反射され、P偏光成
分の光I(p)はそのまま透過する。反射いたS偏光成
分の光I(s)は出射面8aおよびコンデンサーレンズ
15を介して出射される。P偏光成分の光I(p)は第
1の偏光分離膜11を透過した後に、更に、偏光分離特
性が同一の第2の偏光分離膜12も透過する。この後
は、1/4波長板13を介して偏光方向が45度回転さ
せられた後は全反射板14で同一方向に反射されて、再
び1/4波長板13を透過する。この結果、P偏光成分
の光I(p)は1/4波長板13を2度通過するので、
その偏光方向が90度回転してS偏光成分の光I’
(s)となる。従って、第2の偏光分離膜12において
直角に反射されて、偏光ビームスプリッター8の出射面
8aおよびコンデンサーレンズ15を介して出射され
る。
First, the parallel light flux I having a semicircular cross section is passed through the first polarization separation film 11 of the polarization beam splitter 8.
Only the S-polarized light I (s) is reflected, and the P-polarized light I (p) is transmitted as it is. The reflected S-polarized light component I (s) is emitted through the emission surface 8a and the condenser lens 15. After the light I (p) of the P-polarized light component has passed through the first polarization separation film 11, it also transmits through the second polarization separation film 12 having the same polarization separation characteristics. Thereafter, after the polarization direction is rotated by 45 degrees via the quarter-wave plate 13, the light is reflected in the same direction by the total reflection plate 14 and transmits through the quarter-wave plate 13 again. As a result, since the light I (p) of the P-polarized light component passes through the quarter-wave plate 13 twice,
The polarization direction is rotated by 90 degrees, and the light I ′ of the S-polarized component
(S). Accordingly, the light is reflected at a right angle by the second polarization separation film 12 and is emitted through the emission surface 8 a of the polarization beam splitter 8 and the condenser lens 15.

【0027】ここで、偏光変換によって得られたS偏光
成分の光I’(s)は、その断面形状が反転した状態に
なる。この結果、コンデンサーレンズ15を介して得ら
れる偏光光束I(out)は、光源ランプ4の円形射出
開口3bに対応する円形断面となる。
Here, the light I '(s) of the S-polarized light component obtained by the polarization conversion is in a state where its cross-sectional shape is inverted. As a result, the polarized light flux I (out) obtained through the condenser lens 15 has a circular cross section corresponding to the circular emission opening 3b of the light source lamp 4.

【0028】このように本例の偏光光源装置1において
は、偏光変換対象の出射光束は、光源ランプの射出開口
の半分の大きさでよい。従って、従来のように、光源ラ
ンプの射出開口に対応する大きさの偏光プリズムや1/
4波長板を備えている光学系に比べて、光学素子の大き
さを半分にでき、光学系全体を小型でコンパクトにする
ことが可能になる。また、その分、廉価になる。
As described above, in the polarized light source device 1 of the present embodiment, the emitted light beam to be subjected to polarization conversion may be half the size of the emission opening of the light source lamp. Therefore, as in the prior art, a polarizing prism having a size corresponding to the emission aperture of the light source lamp or 1 /
Compared to an optical system having a four-wavelength plate, the size of the optical element can be halved, and the entire optical system can be made small and compact. Also, the price will be lower.

【0029】さらに、偏光変換のために必要な光路長も
短くで済むと共に、偏光変換対象の偏光成分が1/4波
長板を通過する回数も2回で良いので、光量損失の増加
を抑制でき、また、偏光効率の低下も抑制できる。
Furthermore, the optical path length required for the polarization conversion can be shortened, and the number of times that the polarization component to be subjected to the polarization conversion passes through the quarter-wave plate only needs to be two times. Also, a decrease in polarization efficiency can be suppressed.

【0030】(第2の実施の形態)図2には、本発明を
適用した別の構成の偏光光源装置の光学系を示してあ
る。この偏光光源装置20において、上記の第1の実施
の形態に係る偏光光源装置1と異なる点は、その偏光変
換光学系5Aにおいて、上記の1/4波長板13および
全反射板15を配置する代わりに、第2の偏光分離膜1
2を透過した後の偏光成分の光I(p)を、その偏光方
向を90度回転させると共に、再び第2の偏光分離膜1
2に向けて全反射する反射型液晶装置21を配置したこ
とである。それ以外の構成は同一であるので、図におい
ては対応する部分に同一の符号を付し、それらの説明は
省略する。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows an optical system of a polarized light source device having another configuration to which the present invention is applied. The polarization light source device 20 is different from the polarization light source device 1 according to the first embodiment in that the quarter-wave plate 13 and the total reflection plate 15 are arranged in the polarization conversion optical system 5A. Instead, the second polarization separation film 1
The polarization direction of the polarization component light I (p) transmitted through the second polarization separation film 1 is rotated by 90 degrees and the second polarization separation film 1 is again rotated.
That is, the reflection type liquid crystal device 21 that totally reflects the light toward 2 is disposed. Since other configurations are the same, corresponding portions are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will be omitted.

【0031】この構成の偏光光源装置20においても、
上記の偏光光源装置1と同様な作用効果を得ることがで
きる。これに加えて、偏光変換対象の偏光成分が光学素
子を通過する回数を少なくでき、また、偏光変換に必要
な光学素子の個数も少なくて済むので、小型で、光利用
効率が良く、偏光効率の低下が少ない光学系を実現でき
るという利点がある。
In the polarized light source device 20 having this configuration,
The same operation and effects as those of the polarized light source device 1 can be obtained. In addition, the number of times that the polarization component to be subjected to polarization conversion passes through the optical element can be reduced, and the number of optical elements required for polarization conversion can be reduced. There is an advantage that an optical system with a small decrease in the image quality can be realized.

【0032】(第3の実施の形態)図3には、本発明を
適用した更に別の構成の偏光光源装置の光学系を示して
ある。この偏光光源装置30において、上記の第1の実
施の形態に係る偏光光源装置1と異なる点は、第2の偏
光分離膜12、1/4波長板13、および全反射板14
を配置する代わりに、第1の偏光分離膜11を透過した
後の偏光成分の光I(p)を反射して、第1の偏光分離
膜11で反射された偏光成分の光I(s)と同一方向に
出射する第1および第2の全反射板31、32と、第2
の全反射板32で反射されてコンデンサーレンズ15に
到る光路上に、1/2波長板33を配置したことであ
る。
(Third Embodiment) FIG. 3 shows an optical system of a polarized light source device having still another configuration to which the present invention is applied. The polarization light source device 30 is different from the polarization light source device 1 according to the first embodiment in that the second polarization separation film 12, the quarter-wave plate 13, and the total reflection plate 14 are provided.
, The light I (p) of the polarized light component transmitted through the first polarization splitting film 11 is reflected, and the light I (s) of the polarized light component reflected by the first polarization splitting film 11 is reflected. First and second total reflection plates 31 and 32 that emit light in the same direction as
The half-wave plate 33 is arranged on the optical path reflected by the total reflection plate 32 and reaching the condenser lens 15.

【0033】反射板31、32は3枚以上であっても良
く、出射される光I’(s)の形状が、光I(s)と対
称な状態となればよい。また、1/2波長板33の配置
位置は、第1の全反射板31の入射側、すなわち、第1
の全反射板31と第1の偏光分離膜11の間の光路上で
も良いし、第1および第2の全反射板31、32の間の
光路上でもよい。
The number of the reflecting plates 31 and 32 may be three or more, as long as the shape of the emitted light I ′ (s) is symmetrical to the light I (s). Further, the arrangement position of the half-wave plate 33 is on the incident side of the first total reflection plate 31, that is, the first
May be on the optical path between the total reflection plate 31 and the first polarization separation film 11 or on the optical path between the first and second total reflection plates 31 and 32.

【0034】このように構成した偏光光源装置30で
は、高価な第2の偏光分離膜12の代わりに、安価な反
射板を用いているので、光学系の製造価格の増加を抑制
できるという利点がある。
In the polarization light source device 30 configured as described above, since an inexpensive reflector is used instead of the expensive second polarization separation film 12, there is an advantage that an increase in the manufacturing cost of the optical system can be suppressed. is there.

【0035】(その他の実施の形態)上記の各実施の形
態では、偏光分離膜の特性として、S偏光光を反射し、
P偏光光を透過するものとしてあるが、この逆の分離特
性を備えたものを使用してもよいことは勿論である。
(Other Embodiments) In each of the above embodiments, as a characteristic of the polarization splitting film, S-polarized light is reflected,
Although it is assumed to transmit the P-polarized light, it is needless to say that a light having the opposite separation characteristic may be used.

【0036】また、上記の説明では、光源ランプの射出
開口形状を円形として説明したが、円形以外の形状であ
ってもよく、基本的には、線対称の開口形状を備えてい
れば良い。
In the above description, the light source lamp has a circular emission opening. However, the light source lamp may have a shape other than a circle.

【0037】一方、本発明による偏光光源装置は、フロ
ント型液晶プロジェクター、リヤ型液晶プロジェクター
の光源として利用できることは勿論のこと、これ以外の
偏光光源が必要とされる光学装置の光源として利用でき
る。
On the other hand, the polarized light source device according to the present invention can be used not only as a light source for a front type liquid crystal projector and a rear type liquid crystal projector, but also as a light source for an optical device requiring other polarized light sources.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光光源
装置では、光源ランプの射出開口の片側半分から光を出
射させ、この出射光に対して偏光変換を施すようにして
いる。従って、従来のように光源ランプの射出開口に対
応する大きさの偏光変換用の光学素子を用いる場合に比
べて、小さな光学素子を用いることができ、光学系を小
型でコンパクトに構成でき、また廉価に製造することも
できるという効果を奏する。
As described above, in the polarized light source device of the present invention, light is emitted from one half of the exit opening of the light source lamp, and the emitted light is subjected to polarization conversion. Therefore, compared with the case where the polarization conversion optical element having a size corresponding to the emission aperture of the light source lamp is conventionally used, a small optical element can be used, and the optical system can be configured to be small and compact. This has the effect of being able to be manufactured at low cost.

【0039】また、偏光変換のための光路長さの増加を
抑制できると共に偏光変換対象の光が光学素子を通過す
る回数の少なくて済むので、全体として、光損失および
偏光効率の低下も抑制できるという効果を奏する。
Further, it is possible to suppress the increase in the optical path length for the polarization conversion and to reduce the number of times that the light to be subjected to the polarization conversion passes through the optical element, so that it is possible to suppress the light loss and the decrease in the polarization efficiency as a whole. This has the effect.

【0040】さらには、偏光変換されないまま出射され
る偏光成分の光と、偏光変換された後に出射される光と
を合成することにより、光源ランプの射出開口に対応す
る形状の合成光束を得ることができるので、従来におけ
る場合と同様な偏光光束を得ることができるという効果
も奏する。
Further, by combining the polarized component light emitted without the polarization conversion and the light emitted after the polarization conversion, a combined luminous flux having a shape corresponding to the emission aperture of the light source lamp is obtained. Therefore, there is an effect that the same polarized light beam as in the conventional case can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る偏光光源装置
の光学系を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical system of a polarized light source device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係る偏光光源装置
の光学系を示す概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an optical system of a polarized light source device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係る偏光光源装置
の光学系を示す概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating an optical system of a polarized light source device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】従来における偏光変換光学系を説明するための
概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining a conventional polarization conversion optical system.

【図5】従来における偏光変換光学系の別の例を説明す
るための概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram for explaining another example of a conventional polarization conversion optical system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 偏光光源装置 2 発光管 3 反射鏡 3a 反射面 3b 光源ランプの円形射出開口 3c 反射板で遮蔽されていない半円形の射出開口部分 4 光源ランプ 4a 光源光軸 5 偏光変換光学系 6 反射板 6a 反射面 7 紫外線遮断フィルター 8 偏光ビームスプリッター 8a 出射面 11 第1の偏光分離膜 12 第2の偏光分離膜 13 1/4波長板 14 全反射板 15 コンデンサーレンズ 20 偏光光源装置 21 反射型液晶装置 30 偏光光源装置 31 第1の全反射板 32 第2の全反射板 33 1/2波長板 I(s) S偏光成分の光 I(p) P偏光成分の光 I’(s)偏光変換されて得られたS偏光成分の光 I(out) 偏光変換後の出射光束 REFERENCE SIGNS LIST 1 polarized light source device 2 arc tube 3 reflecting mirror 3 a reflecting surface 3 b circular emission opening of light source lamp 3 c semicircular emission opening not shielded by reflector 4 light source lamp 4 a light source optical axis 5 polarization conversion optical system 6 reflector 6 a Reflection surface 7 UV cutoff filter 8 Polarization beam splitter 8a Emission surface 11 First polarization separation film 12 Second polarization separation film 13 Quarter wave plate 14 Total reflection plate 15 Condenser lens 20 Polarized light source device 21 Reflective liquid crystal device 30 Polarized light source device 31 First total reflection plate 32 Second total reflection plate 33 波長 wavelength plate I (s) S-polarized light I (p) P-polarized light I ′ (s) Obtained S-polarized light component I (out) Emitted light beam after polarization conversion

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年11月10日[Submission date] November 10, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】全図[Correction target item name] All figures

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

【図2】 FIG. 2

【図3】 FIG. 3

【図4】 FIG. 4

【図5】 FIG. 5

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発光管および当該発光管からの発散光を
射出開口に向けて反射する反射鏡を備えた光源ランプ
と、この光源ランプの前記射出開口からの出射光の偏光
方向を揃えて偏光光とする偏光変換光学系とを有する偏
光光源装置において、 前記光源ランプは、前記射出開口を、当該開口形状の一
つの対称軸を中心として片側部分を遮蔽し、当該部分か
ら出射する出射光成分を反対方向に反射する反射板を有
しており、 前記偏光変換光学系は、前記反射板によって遮蔽されて
いない前記射出開口の部分を介して出射された出射光に
含まれるP偏光成分およびS偏光成分のうちの一方の偏
光成分の光を直角に反射し、他方の偏光成分の光を透過
させる第1の偏光分離膜と、この第1の偏光分離膜を透
過した偏光成分を反対方向に反射する全反射板と、前記
第1の偏光分離膜および前記全反射板の間の光路上に配
置された1/4波長板と、前記第1の偏光分離膜および
前記1/4波長板の間の光路上において前記第1の偏光
分離膜に直交する状態に配置され、前記第1の偏光分離
膜と同一の偏光分離特性を備えた第2の偏光分離膜とを
有していることを特徴とする偏光光源装置。
1. A light source lamp comprising a light emitting tube and a reflecting mirror for reflecting divergent light from the light emitting tube toward an emission opening, and a polarization direction of light emitted from the emission opening of the light source lamp being aligned. In the polarized light source device having a polarization conversion optical system for converting light, the light source lamp shields the emission opening on one side portion around one symmetry axis of the opening shape, and an emission light component emitted from the portion. And a polarization conversion optical system, wherein the polarization conversion optical system includes a P-polarized light component and a S-polarized light component, which are included in emission light emitted through a portion of the emission opening that is not shielded by the reflection plate. A first polarized light separating film that reflects one polarized light component of the polarized light components at a right angle and transmits the other polarized light component, and a polarized light component transmitted through the first polarized light separating film in the opposite direction. Total anti-reflection A quarter wavelength plate disposed on an optical path between the first polarization splitting film and the total reflection plate; and a first quarter wavelength plate disposed on an optical path between the first polarization splitting film and the quarter wavelength plate. And a second polarization separation film having the same polarization separation characteristics as the first polarization separation film, the polarization light source device being disposed orthogonal to the polarization separation film.
【請求項2】 請求項1において、前記偏光変換光学系
は、前記1/4波長板および前記全反射板の代わりに、
前記第2の偏光分離膜を透過した後の偏光成分の光を、
その偏光方向を90度回転させると共に前記第2の偏光
分離膜に向けて全反射する反射型液晶装置を有している
ことを特徴とする偏光光源装置。
2. The polarization conversion optical system according to claim 1, wherein the polarization conversion optical system is replaced with the quarter-wave plate and the total reflection plate.
The light of the polarization component after passing through the second polarization separation film,
A polarized light source device comprising: a reflection type liquid crystal device that rotates its polarization direction by 90 degrees and totally reflects toward the second polarization separation film.
【請求項3】 請求項1において、前記偏光変換光学系
は、前記第2の偏光分離膜、前記1/4波長板、および
前記全反射板の代わりに、前記第1の偏光分離面を透過
した後の偏光成分の光を反射して前記第1の偏光分離膜
で反射された偏光成分の光と同一方向に出射する第1お
よび第2の全反射板と、前記第1の全反射板の入射側、
前記第1および第2の全反射板の間、あるいは前記第2
の全反射板の出射側のうちの何れかに配置された1/2
波長板とを有していることを特徴とする偏光光源装置。
3. The polarization conversion optical system according to claim 1, wherein the polarization conversion optical system transmits through the first polarization separation surface instead of the second polarization separation film, the quarter-wave plate, and the total reflection plate. First and second total reflection plates that reflect the polarized component light after the reflection and emit the polarized component light reflected by the first polarization separation film in the same direction as the first total reflection plate Incident side of
Between the first and second total reflection plates or the second
か に arranged on any one of the emission sides of the total reflection plate
A polarized light source device comprising: a wave plate.
【請求項4】 請求項1ないし3のうちの何れかの項に
おいて、前記光源ランプの前記射出開口から出射する出
射光は平行光であることを特徴とする偏光光源装置。
4. The polarized light source device according to claim 1, wherein light emitted from the emission opening of the light source lamp is parallel light.
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