KR100871190B1 - Wavelength- selective polarization conversion element, projection displaying optical system and image projection apparatus - Google Patents
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Abstract
편광변환기능을 지니고, 광학계에 있어서의 광학부품의 개수의 감소, 구조의 간략화가 도모되는 파장선택성 편광변환소자를 제공한다. 파장선택성 편광변환소자(5)는 제 1파장역(B)의 광, 제 2파장역(G)의 광 및 제 3파장역(R)의 광을 포함하는 무편광광을 편광광으로 변환한다. 상기 편광변환소자(5)는 적어도 제 1편광방향의 광에 대한 투과율이 파장역에 따라서 변화하는 특성을 지니는 광분리막(32), (34)과, 해당 광분리막으로부터의 광의 편광방향을 제 1편광방향과 제 2편광방향 사이에서 변환하는 위상차판(33)을 지닌다. 상기 편광변환소자는 제 1 내지 제 3파장역 중 2개의 파장역의 광을 제 1 및 제 2편광방향 중 한쪽의 편광방향을 지니는 편광광으로서 사출하고, 다른 파장역의 광을 다른 쪽의 편광방향을 지니는 편광광으로서 사출한다.Provided is a wavelength selective polarization conversion element having a polarization conversion function and capable of reducing the number of optical components and simplifying the structure of the optical system. The wavelength selective polarization conversion element 5 converts unpolarized light including light in the first wavelength band B, light in the second wavelength band G, and light in the third wavelength band R into polarized light. The polarization conversion element 5 has optical separation films 32 and 34 having a characteristic in which the transmittance of light in at least the first polarization direction is changed in accordance with the wavelength range, and the polarization direction of the light from the optical separation film in the first direction. And a phase difference plate 33 for converting between the polarization direction and the second polarization direction. The polarization conversion element emits light in two wavelength bands of the first to third wavelength bands as polarized light having one polarization direction in the first and second polarization directions, and emits light in another wavelength band to the other polarization. It emits as polarized light having a direction.
Description
도 1은 본 발명의 실시예 1인 투사 표시 광학계의 구성을 표시한 도면;1 is a diagram showing the configuration of a projection display optical system according to
도 2는 실시예 1에서 사용되는 파장선택성 편광변환소자의 개략구성도;2 is a schematic configuration diagram of a wavelength selective polarization conversion element used in Example 1;
도 3은 실시예 1의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 1광분리막의 특성도;3 is a characteristic diagram of a first optical separation film constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 1;
도 4는 실시예 1의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 2광분리막의 특성도;4 is a characteristic diagram of a second optical separation film constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 1;
도 5는 본 발명의 실시예 2인 투사 표시 광학계의 구성을 표시한 도면;5 is a diagram showing the configuration of a projection display optical system according to
도 6은 실시예 2에서 사용되는 파장선택성 편광변환소자의 개략구성도;6 is a schematic configuration diagram of a wavelength selective polarization conversion element used in Example 2;
도 7은 실시예 2의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 1광분리막의 특성도;7 is a characteristic diagram of a first optical separation film constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 2;
도 8은 실시예 2의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 2광분리막의 특성도;8 is a characteristic diagram of a second optical separation film constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 2;
도 9는 본 발명의 실시예 3인 투사 표시 광학계의 구성을 표시한 도면;9 is a diagram showing the configuration of a projection display optical system according to
도 10은 실시예 3에서 사용되는 파장선택성 편광변환소자의 개략구성도;10 is a schematic configuration diagram of a wavelength selective polarization conversion element used in Example 3;
도 11은 실시예 3의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 1광분리막의 특성도11 is a characteristic diagram of a first optical separation membrane constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 3;
도 12는 실시예 3의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 2광분리막의 특성도;12 is a characteristic diagram of a second optical separation film constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 3;
도 13은 본 발명의 실시예 4인 투사 표시 광학계의 구성을 표시한 도면;FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a projection display optical system according to Embodiment 4 of the present invention; FIG.
도 14는 실시예 4에서 사용되는 파장선택성 편광변환소자의 개략구성도;14 is a schematic configuration diagram of a wavelength selective polarization conversion element used in Example 4;
도 15는 실시예 4의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 1광분리막의 특성도15 is a characteristic diagram of a first optical separation membrane constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 4
도 16은 실시예 4의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 2광분리막의 특성도;16 is a characteristic diagram of a second optical separation membrane constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 4;
도 17은 다이크로익 프리즘의 분광특성을 표시한 도면;17 shows the spectral characteristics of a dichroic prism;
도 18은 실시예 1의 파장선택성 편광변환소자를 구성하는 제 1 및 제 2광분리막의 막구성예를 표시한 표도면;Fig. 18 is a surface diagram showing an example of the film configuration of the first and second optical separation membranes constituting the wavelength selective polarization conversion element of Example 1;
도 19는 도 18에 표시한 제 1광분리막의 특성도;19 is a characteristic diagram of the first optical separation membrane shown in FIG. 18;
도 20은 도 18에 표시한 제 2광분리막의 특성도.20 is a characteristic diagram of a second optical separation membrane shown in FIG. 18.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 301, 401, 501: 백색 광원1, 301, 401, 501: white light source
2, 302, 402, 502: 포물면 리플렉터2, 302, 402, 502: parabolic reflectors
3, 4; 303, 304; 403, 404; 503, 504: 플라이아이 렌즈3, 4; 303, 304; 403, 404; 503, 504: fly's eye lens
5, 305, 405, 505: 파장선택성 편광변환소자5, 305, 405, 505: wavelength selective polarization conversion element
6, 306, 406, 506: 콘덴서 렌즈6, 306, 406, 506: condenser lens
7, 307, 408, 522: 색분해/합성 광학계7, 307, 408, 522: color separation / synthesis optical system
8, 308, 412, 507, 513: 다이크로익 미러8, 308, 412, 507, 513: dichroic mirror
13, 313, 409: 편광빔 스플리터13, 313, 409: polarizing beam splitter
10, 14, 15; 310, 314, 315; 411, 413, 414; 510, 519, 521: 액정 패널10, 14, 15; 310, 314, 315; 411, 413, 414; 510, 519, 521: liquid crystal panel
31, 41, 51, 61: 반사막31, 41, 51, 61: reflective film
32, 42, 52, 62: 제 1파장선택성 편광분리막32, 42, 52, 62: first wavelength selective polarization separator
33, 43, 53, 63: 위상차판33, 43, 53, 63: phase difference plate
34, 44, 54, 64: 제 2파장선택성 편광분리막34, 44, 54, and 64: second wavelength selective polarization separator
본 발명은 무편광광을 파장역(색)에 따른 편광방향의 광으로 변환하는 파장선택성 편광변환소자 및 이것을 갖춘 액정 프로젝터 등의 화상투사장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
편광빔 스플리터에 의해 색분해 및 색합성을 행하는 화상투사장치가 일본국 공개특허 제 2001-154152호 공보, 일본국 공개특허 제 2000-19455호 공보에 개시되어 있다. 상기 장치에서는 광원으로부터 사출된 무편광광을 렌즈 어레이에 의해서 복수의 광속으로 분해하고, 각 광속에 의해 2차 광원상을 형성시켜, 해당 2차 광원상으로부터의 광속을 콘덴서 렌즈에 의해서 액정 패널 등의 화상형성소자상에 중첩시켜서 이것을 대략 균일한 명도로 조명한다.An image projection apparatus that performs color separation and color synthesis by a polarizing beam splitter is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-154152 and 2000-19455. In the above apparatus, unpolarized light emitted from a light source is decomposed into a plurality of light beams by a lens array, and a secondary light source image is formed by each light beam, and the light beam from the secondary light source image is condensed by a condenser lens such as a liquid crystal panel. It is superimposed on an image forming element to illuminate it with approximately uniform brightness.
여기서, 렌즈 어레이로부터 사출한 각 분할 광속은 편광변환소자에 복수개 설치된, 렌즈 어레이의 각각의 렌즈 셀에 대응한 편광변환셀에 입사한다. 각 편광변환셀은 편광분리막과 1/2 파장판과 반사면을 지닌다. 각 편광변환셀에 입사한 무편광광은 편광분리막에 의해서 P편광과 S편광으로 분리된다. P편광은 편광분리막을 투과한 후, 1/2 파장판에 의해서 그 편광방향을 90°회전시켜서 S편광으로서 사출한다.Here, each split light beam emitted from the lens array is incident on a polarization conversion cell corresponding to each lens cell of the lens array, which is provided in a plurality of polarization conversion elements. Each polarization conversion cell has a polarization separator, a half wave plate and a reflecting surface. Unpolarized light incident on each polarization conversion cell is separated into P-polarized light and S-polarized light by a polarization separator. P-polarized light passes through the polarization separation membrane, and then rotates the polarization direction by 90 ° with a half-wave plate and emits it as S-polarized light.
한편, S편광은 편광분리막에 의해서 반사되고, 반사면에 의해서 반사되어 S편광인 채로 사출된다. 편광변환소자로부터 편광방향을 일치시켜 사출한 S편광은 콘덴서 렌즈에 입사한다.On the other hand, S-polarized light is reflected by the polarization splitting film, is reflected by the reflecting surface, and is emitted while being S-polarized. S-polarized light emitted by matching the polarization direction from the polarization conversion element is incident on the condenser lens.
또, 콘덴서 렌즈로부터 사출한 S편광은 다이크로익 소자에 의해서 제 1 및 제 2파장역 광과 제 3파장역 광으로 분리된다. 이 단계에서는 제 1 및 제 2파장역 광은 동일한 광로를 진행하고, 또 동일한 편광방향을 지닌다. 그리고 이 후, 편광빔 스플리터를 이용해서 제 1 및 제 2파장역 광을 각각 제 1 및 제 2화상형성소자에 인도하기 위해, 파장(색)선택성 위상차판을 통과시킨다.Further, the S-polarized light emitted from the condenser lens is separated into the first and second wavelength band light and the third wavelength band light by the dichroic element. In this step, the first and second wavelength band light travel through the same optical path and have the same polarization direction. Thereafter, a wavelength (color) selective phase difference plate is passed through the polarization beam splitter to guide the first and second wavelength band light to the first and second image forming elements, respectively.
이것에 의해, 제 1 및 제 2파장역 광을, 서로 다른 편광방향을 지니는 광으로 분리하는 것이 가능하다. 파장선택성 위상차판은 연신된 필름을 복수 적층해서 작성하고, 입사한 제 1 및 제 2파장역 광 중, 한쪽의 파장역 광의 편광방향만을 해당 편광방향에 직교하는 편광방향으로 변환하고, 다른 쪽의 파장역 광을 편광방향을 변화시키지 않고 투과시키는 특성을 지닌다.Thereby, it is possible to separate the first and second wavelength band light into light having different polarization directions. The wavelength selective retardation plate is made by stacking a plurality of stretched films, and converts only the polarization direction of one wavelength region light into the polarization direction orthogonal to the polarization direction among the first and second wavelength light beams incident thereto. It has the property of transmitting the wavelength region light without changing the polarization direction.
이와 같이 편광빔 스플리터를 이용해서 색분해를 행하는 화상투사장치에는, 렌즈 어레이의 근방에 배치되는 편광변환소자와, 편광빔 스플리터의 근방에 배치되는 파장선택성 위상차판이 이용되는 것이 일반적이다.As described above, a polarization conversion element disposed in the vicinity of the lens array and a wavelength selective phase difference plate disposed in the vicinity of the polarization beam splitter are generally used as an image projection apparatus that performs color separation using the polarization beam splitter.
또, 특수한 예로서, 일본국 공개특허 제 2000-19455호 공보나 일본국 공개특허 평11-153774호 공보에서 개시된 광학소자가 이용되는 경우도 있다. 일본국 공개특허 제 2000-19455호 공보에는 소정 파장역 광을 투과해서 다른 파장역 광을 반사하는 제 1다이크로익 층과, 해당 제 1다이크로익 층을 투과한 광의 편광면을 90도 회전시키는 위상차층과, 해당 위상차층으로부터의 광을 전반사하는 전반사층으로 이루어진 광학소자가 개시되어 있다. 또, 일본국 공개특허 평 11-153774호 공보에는 파장선택성을 구비하고, 광의 편광, 검광, 색분리 및 색합성을 행하는 광빔스플리터가 개시되어 있다. 그렇지만, 일본국 공개특허 제 2001-154152호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 편광변환소자와는 별개로 파장선택성 위상차판을 이용하면, 화상투사장치를 구성하는 광학부품의 수가 증가한다. 또, 파장선택성 위상차판을 위치결정하여 지지하거나, 다층 필름에 의해 구성되는 해당 파장선택성 위상차판을 냉각하거나 하는 구조가 필요하게 되어, 구조가 복잡해진다.As a specific example, the optical element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-19455 or Japanese Patent Laid-Open No. 11-153774 may be used. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-19455 discloses a first dichroic layer that transmits light in a predetermined wavelength range and reflects light in another wavelength range, and rotates the polarization plane of the light transmitted through the first dichroic layer by 90 degrees. Disclosed is an optical element comprising a retardation layer to be made and a total reflection layer for total reflection of light from the retardation layer. Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-153774 discloses a light beam splitter having wavelength selectivity and performing polarization, detection, color separation and color synthesis of light. However, as disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2001-154152, the use of the wavelength selective retardation plate separately from the polarization conversion element increases the number of optical parts constituting the image projection value. In addition, a structure for positioning and supporting the wavelength selective retardation plate or cooling the wavelength selective retardation plate formed of a multilayer film is required, which leads to a complicated structure.
본 발명은 종래의 편광변환소자와 파장선택성 위상차판에 의해 얻어지는 것과 마찬가지의 편광변환기능을 지니고, 특히 투사 표시 광학계나 화상투사장치에 있어서의 광학부품 개수의 감소나 구조의 간략화가 도모되도록 하거나 한 파장선택성 편광변환소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.The present invention has the same polarization conversion function as that obtained by the conventional polarization conversion element and the wavelength selective retardation plate, and in particular, it is possible to reduce the number of optical components and simplify the structure in the projection display optical system or the image projection apparatus. It is an object to provide a wavelength selective polarization conversion element.
본 발명의 일측면으로서의 파장선택성 편광변환소자는 제 1파장역의 광, 제 2파장역의 광 및 제 3파장역의 광을 포함하는 무편광광을 편광광으로 변환하는 편광변환소자이다. 상기 편광변환소자는 투과 및 반사작용에 의해 광을 분리하는 기능을 지니고, 적어도 제 1편광방향의 광에 대한 투과율이 파장역에 따라서 50%보다 높은 투과율과 50%보다 낮은 투과율과의 사이에서 변화하는 특성을 지니는 광분리막을 지닌다. 또, 상기 광분리막으로부터의 광의 편광방향을 상기 제 1편광방향과 해당 제 1편광방향에 직교하는 제 2편광방향과의 사이에서 변환하는 위상차판을 지닌다. 상기 편광변환소자는, 상기 제 1, 제 2 및 제 3파장역 중 2개의 파장역의 광을 상기 제 1 및 제 2편광방향 중 한쪽의 편광방향을 지니는 편광광으로서 사출하고, 상기 제 1, 제 2 및 제 3파장역 중 다른 파장역의 광을 상기 제 1 및 제 2편광방향 중 다른 쪽의 편광방향을 지니는 편광광으로 사출하는 것을 특징으로 한다.A wavelength selective polarization conversion element as one aspect of the present invention is a polarization conversion element for converting unpolarized light including light in a first wavelength region, light in a second wavelength region, and light in a third wavelength region to polarized light. The polarization conversion element has a function of separating light by transmission and reflection, wherein at least the transmittance of light in the first polarization direction is changed between transmittance higher than 50% and transmittance lower than 50% depending on the wavelength range. It has an optical separation membrane having a characteristic of. Moreover, it has a phase difference plate which converts the polarization direction of the light from the said optical separation film between the said 1st polarization direction and the 2nd polarization direction orthogonal to the said 1st polarization direction. The polarization conversion element emits light in two wavelength bands of the first, second and third wavelength bands as polarized light having one polarization direction among the first and second polarization directions, It is characterized in that the light of the other wavelength range of the second and third wavelength range is emitted to the polarized light having the other polarization direction of the first and second polarization direction.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described, referring drawings.
[[ 실시예Example 1] One]
도 1에는 본 발명의 실시예 1인 파장선택성 편광변환소자를 이용한 투사 표시 광학계를 표시한다.1 shows a projection display optical system using the wavelength selective polarization conversion element according to the first embodiment of the present invention.
백색 광원(1)으로부터 사출한 광속은 포물면 리플렉터(2)에 의해서 평행광속으로 변환된다. 또, 여기서 말하는 평행광속은 완전히 평행한 광속뿐만 아니라, 광학계의 특성상 평행으로 볼 수 있는 정도로 확산 혹은 수속하는 광속도 포함하는 의미이다. 이것은 이하의 실시예에서도 마찬가지이다.The luminous flux emitted from the
이 평행광속은 제 1플라이아이 렌즈(3)에 의해서 복수의 광속으로 분할되고, 각 분할 광속은 집광된다. 각 분할 광속은 제 2플라이아이 렌즈(4), 파장선택성 편광변환소자(5)의 근방에 집광되어, 광원의 상(2차 광원상)을 만든다. 플라이아이 렌즈(3), (4)는 복수의 렌즈 셀이 2차원 방향으로 배치되어서 구성된 렌즈 어레이이다. 각 렌즈 셀은 피조명면인 후술하는 액정 패널(화상형성소자)과 상사형상인 직사각형의 렌즈형상을 지닌다.This parallel light beam is divided into a plurality of light beams by the first fly's
파장선택성 편광변환소자(5)는 제 2플라이아이 렌즈(4)를 출사한 각 분할 광속 중 제 1 및 제 2파장역인 청(B) 대역과 녹(G) 대역의 광을, 제 1편광방향을 지닌 직선편광인 S편광으로 변환한다. 또, 제 3파장역인 적(R) 대역의 광을 제 2편광방향을 지니는 직선편광인 P편광으로 변환한다.The wavelength selective
파장선택성 편광변환소자(5)로부터 사출한 B대역 및 G대역의 S편광과 R대역의 P편광은 미러(20)에 의해서 반사된다. 그 후, 콘덴서 렌즈(6)에 의해서 집광되어, 색분해/합성 광학계(7)를 거쳐서 B대역, G대역 및 R대역용의 반사형 액정 패널(15), (10), (14)을 각각 중첩적으로 조명한다. 또, 광원(1)으로부터 적어도 콘덴서 렌즈(6)까지를 조명광학계라 칭한다. 이것은 이하에 설명하는 실시예에서도 마찬가지이다.S-polarized light in the B and G bands and P-polarized light in the R band are emitted by the wavelength selective
색분해/합성 광학계(7)는 콘덴서 렌즈(6)를 투과한 편광광 중 B대역과 R대역의 광을 반사하고, G대역광을 투과하는 다이크로익 미러(8)를 지닌다. 다이크로익 미러(8)를 투과한 G대역 편광광은 제 1편광빔 스플리터(9)에 의해서 반사되어 G 대역용 반사형 액정 패널(10)에 입사한다.The color separation / synthesis
여기서, 각 반사형 액정 패널은 구동회로(D)에 접속되어 있다. 해당 반사표시광학계를 탑재한 프로젝터(화상투사장치)의 일부인 구동회로(D)에는 퍼스널 컴퓨터, DVD 플레이어, 비디오 데크, 텔레비전 튜너 등의 화상공급장치(IP)로부터 화상신호가 입력된다. 구동회로(D)는 입력된 화상신호의 R, G, B 성분에 의거해서 각각의 색에 대응하는 반사형 액정 패널을 구동한다. 이것에 의해, 각 반사형 액정 패널은 각 파장역의 입사광을 반사하는 동시에 변조해서 화상광으로서 사출한다. 또, 이와 같은 구성은 이하의 실시예에서도 도시하고 있지는 않지만 마찬가지이다.Here, each of the reflective liquid crystal panels is connected to the driving circuit (D). An image signal is input to a drive circuit D which is a part of a projector (image projection apparatus) equipped with the reflective display optical system from an image supply device IP such as a personal computer, a DVD player, a video deck, a television tuner, or the like. The driving circuit D drives the reflection type liquid crystal panel corresponding to each color based on the R, G, and B components of the input image signal. As a result, each reflective liquid crystal panel reflects and modulates incident light in each wavelength region and emits the image light as image light. In addition, although such a structure is not shown in the following example, it is the same.
G대역용 액정 패널(이하, G액정 패널이라 칭함)(10)로부터의 화상광(편광광)은 제 1편광빔 스플리터(9)를 투과해서, 더욱 제 2편광빔 스플리터(11)를 투과해서 투사렌즈(12)에 의해서 도시하지 않은 스크린상에 투영된다.Image light (polarized light) from the G band liquid crystal panel (hereinafter referred to as G liquid crystal panel) 10 passes through the first
한편, 다이크로익 미러(8)에 의해서 반사된 B대역 및 R대역의 편광광 중 R대역 편광광은 제 3편광빔 스플리터(13)를 투과하고, B대역 편광광은 해당 제 3편광빔 스플리터(13)에 의해서 반사된다. 그래서, 제 3편광빔 스플리터(13)로부터 사출한 B대역 편광광 및 R대역 편광광은 각각 B대역용 액정 패널(이하 B액정 패널이라 칭함)(15) 및 R대역용 액정 패널(이하, R액정 패널이라 칭함)(14) 상에 집광된다.On the other hand, of the polarized light of the B band and the R band reflected by the
R액정 패널(14)에 의해서 반사되고, 또 변조된 R대역 편광광은 제 3편광빔 스플리터(13)에 의해서 반사된다. 또, B액정 패널(15)에 의해서 반사되고, 또 변 조된 B대역 편광광은 제 3편광빔 스플리터(13)를 투과한다. 그 후, 파장선택성 위상판(16)에 의해서 B대역 편광광의 편광방향만이 90도 회전되고, B대역 편광광과 R대역 편광광의 편광방향이 일치한다. 그리고, 양 대역의 편광광은 제 2편광빔 스플리터(11)에 의해서 반사되고, 투사 렌즈(12)에 의해서 스크린 상에 투영된다.The R-band polarized light reflected by the R
다음에, 전술한 파장선택성 편광변환소자(5)의 구성 및 광학 작용에 대해서 도 2를 이용해서 상세히 설명한다. 도 2의 오른쪽에는 파장선택성 편광변환소자(5)의 개략구성을 표시하고 있다.Next, the structure and optical action of the above-mentioned wavelength selective
도면 중의 점선의 원으로 둘러싸인 부분이 1개의 편광변환셀(5a)을 구성하고, 마찬가지 구성의 복수의 편광변환셀(5a)이 플라이아이 렌즈(3), (4)를 구성하는 복수의 렌즈 셀에 대응해서 설치되어 있다. 또, 각 편광변환셀(5a)의 광입사면 중, 후술하는 반사막의 위치로부터 윗쪽방향에 인접하는 편광변환셀까지의 영역에는 차광판(5b)이 설치되어 있어, 이 부분에의 광의 입사를 차단하고 있다. 이것에 의해, 광은 입사면 중 반사막과 후술하는 제 1파장선택성 편광분리막과의 사이의 영역으로부터만 입사한다.The part enclosed by the circle | round | yen of the dotted line in the figure comprises one
도 2의 왼쪽의 도면은 1개의 편광변환셀(5a)을 확대해서 표시한 것이다. (31)은 전술한 반사막이고, 반사면을 구성한다. 또, 광입사쪽으로부터 차례로, (32)는 제 1파장선택성 편광분리막, (33)은 위상차판, (34)는 제 2파장선택성 편광분리막을 표시한다. 이하, 파장선택성 편광분리막은 간단히 광분리막이라 약칭한다.2 shows an enlarged display of one
또, 이들 제 1광분리막(32), 위상차판(33) 및 제 2광분리막(34)은 광의 입사 축 방향(도면의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 향하는 방향)에 대해서 45도의 경사를 지닌다. 또, 반사막(31)은 제 1광분리막(32)에 대해서 평행으로 배치되어 있다. 또, 각 광분리막은 실제로는 평행평판인 유리나 아크릴제의 기판의 표면에 다층막으로서 형성되어 있다. 또, 위상차판(33)은 필름 형상으로 형성되고, 마찬가지의 기판상에 점착되어 있다.The first
제 1광분리막(32) 및 제 2광분리막(34)의 특성을 각각 도 3 및 도 4에 표시한다. 제 1광분리막(32)은 B대역광과 G대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 근접하고(50%보다 낮고), R대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.The characteristics of the first and second
한편, 제 2광분리막(34)은 B대역광과 G대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가깝고(50% 보다 높고), R대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가까운(50% 보다 낮은) 특성을 지닌다. 이와 같이, 제 1 및 제 2광분리막(32), (34)은 S편광에 대한 투과율이 각 파장대역에서 서로 반대로 되는 특성을 지닌다.On the other hand, the second
또, 이들 제 1 및 제 2광분리막(32), (34)은 P편광에 대한 투과율이 파장대에 관계없이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.In addition, these first and second
또, 위상차판(33)은 1/2 파장판이고, 직선 편광의 편광방향을 90도 회전시키는 기능을 지닌다.In addition, the
이와 같이 구성된 파장선택성 편광변환소자(5)에는 백색의 무편광광이 도 2의 왼쪽으로부터 입사한다. 해당 무편광광 중 B대역 및 G대역의 P편광은 제 1광 분리막(32)을 투과한 후, 위상차판(33)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 제 2광분리막(34)을 투과해서 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(5)로부터 사출한다.White unpolarized light is incident on the wavelength selective
또, B대역 및 G대역의 S편광은 제 1광분리막(32)에 의해서 반사되고, 더욱 반사막(31)에 의해서 반사되어 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(5)로부터 출사한다.The S-polarized light of the B band and the G band is reflected by the first
또한, R대역의 P편광은 제 1광분리막(32)을 투과한 후, 위상차판(33)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 제 2광분리막(34)에 의해서 반사된다. 그리고, 이 반사광은 재차 위상차판(33)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 1광분리막(32)을 투과해서 반사막(31)에 의해서 반사되어, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(5)로부터 사출한다.Further, the P-polarized light in the R band passes through the first
또, R대역의 S편광은 제 1광분리막(32)을 투과한 후, 위상차판(33)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 2광분리막(34)에 의해서 투과해서, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(5)로부터 사출한다.In addition, the S-polarized light in the R band passes through the first
이와 같이 단일의 소자로서 구성된 파장선택성 편광변환소자(5)에 입사한 백색 무편광광은 B대역 및 G대역의 S편광과 R대역의 P편광으로 변환되어서 해당 편광변환소자(5)로부터 사출한다.The white unpolarized light incident on the wavelength selective
따라서, 상기 편광변환소자(5)로부터 B대역광과 R대역광을, 종래 이용되고 있던 파장선택성 위상차판을 통하지 않고 다이크로익 미러(8)로부터 제 3편광빔 스플리터(13)에 인도하는 것이 가능하다.Therefore, the B-band light and the R-band light from the
이것에 의해, 제 3편광빔 스플리터(13)에 의해서 이들 B대역광과 R대역광을 그의 편광방향에 따라서 분리해서, B액정 패널(15)과 R액정 패널(14)에 각각 입사시키는 것이 가능하다.Thereby, the 3rd
이 때문에, 다이크로익 미러(8)로부터 제 3편광빔 스플리터(13)까지의 광로에 파장선택성 위상차판을 설치하는 종래의 경우에 비해서, 광학계의 광학부품 개수를 적게 하는 것이 가능하다. 또한, 파장선택성 위상차판이 불필요하게 됨으로써, 이것을 지지하거나 냉각하거나 하는 구조도 불필요하게 된다.For this reason, compared with the conventional case where a wavelength selective retardation plate is provided in the optical path from the
여기서, 도 18에는, 상기 도 3 및 도 4에서 설명한 제 1 및 제 2광분리막(32), (34)의 다층막으로서의 구성예를 표시한다. 어느 광분리막(32), (34)에 있어서도, 유리기판으로서는 오하라(OHARA)사제의 PHB56을 이용하였다.18 shows an example of the configuration as a multilayer film of the first and second
또, 도면 중의 H, M 및 L은 각각 고굴절률층, 중간굴절률층 및 저굴절률층을 나타내고, H, M, L의 왼쪽의 숫자는 각 층(막)의 두께(nm)를 나타낸다. 본 구성예에서는 고굴절률층으로서 TiO2를, 중간 굴절률층으로서 Al2O3를, 저굴절률층으로서 SiO2를 이용하였다.In addition, H, M, and L in a figure represent a high refractive index layer, an intermediate refractive index layer, and a low refractive index layer, respectively, and the number of the left side of H, M, L represents the thickness (nm) of each layer (film). In this configuration example, TiO 2 was used as the high refractive index layer, Al 2 O 3 was used as the intermediate refractive index layer, and SiO 2 was used as the low refractive index layer.
도 19 및 도 20에는 각각 도 18에 표시한 막구성을 지닌 제 1 및 제 2광분리막(32), (34)의 투과율 특성 데이터를 표시하고 있다. Tp45는 P편광을 해당 광분리막에 대해서 45도의 입사각으로 입사시킨 때의 투과율 특성을, Ts45는 S편광을 해당 광분리막에 대해서 45도의 입사각으로 입사시킨 때의 투과율 특성을 표시하고 있다.19 and 20 show transmittance characteristic data of the first and second
또, 이하의 실시예에서는, 구체적인 막구성을 표시하지 않았으나, 본 실시예 에서 표시한 막구성을 적절하게 변형함으로써 각 실시예에 대응한 특성을 얻을 수 있다.In addition, although the specific film structure is not shown in the following Example, the characteristic corresponding to each Example can be acquired by suitably modifying the film structure shown in this Example.
다음에, 본 실시예에 있어서, 파장선택성 편광변환소자(5)를 제 2플라이아이 렌즈(4)와 콘덴서 렌즈(6)와의 사이에 배치한 이유에 대해서 설명한다.Next, in this embodiment, the reason why the wavelength selective
플라이아이 렌즈(3), (4)는 각각 포물면 리플렉터(2)로부터 사출된 평행광속을 복수 광속으로 분할하는 기능고, 각 분할 광속을 파장선택성 편광변환소자(5)의 근방에 집광하는 기능을 지닌다.The fly's
한편, 콘덴서 렌즈(6)는 제 2플라이아이 렌즈(4)로부터 사출한 복수의 분할 광속이 액정 패널 상에서 중합하도록 집광하는 기능을 지닌다. 이 경우, 제 2플라이아이 렌즈(4)에 의한 분할 광속의 파장선택성 편광변환소자(5)를 향한 집광정도와, 콘덴서 렌즈(6)에 의한 집광정도를 비교하면, 전자의 집광정도의 쪽이 적다.On the other hand, the
그런데, 일반적으로, 다이크로익 막이나 편광분리막이라고 하는 다층막의 분광특성은 입사각도 의존성이 강하고, 45도의 입사각도에 대해서는 설계상의 특성에 가까운 양호한 광학특성을 얻을 수 있지만, 입사각도가 45도로부터 멀어짐에 따라서 분광특성이 시프트하는 경향이 있다. 즉, 분리하는 파장대에 벗어남이 생긴다.By the way, in general, the spectral characteristics of a multilayer film, such as a dichroic film or a polarization separation film, have a strong incidence angle dependence, and a good optical characteristic close to a design characteristic can be obtained for an incidence angle of 45 degrees. As the distance increases, the spectral characteristics tend to shift. In other words, deviation occurs in the wavelength band to be separated.
전술한 바와 같이 콘덴서 렌즈(6)에 의한 광속의 집광정도는 크다. 이 때문에, 만약 파장선택성 편광변환소자(5)를 콘덴서 렌즈(6)보다도 액정 패널쪽에 배치하면, 해당 파장선택성 편광변환소자(5)를 구성하는 제 1 및 제 2파장선택성 편광분리막(32), (34)에서의 분광특성이 시프트한다. 이것에 의해, 각 액정 패널에 입사하는 각 대역광에 예정 외의 편광방향의 광이 많이 섞이고, 그 결과, 투사화상의 콘트라스트가 저하한다.As mentioned above, the condensing degree of the light beam by the
이 때문에, 본 실시예에서는, 제 2플라이아이 렌즈(4)와 콘덴서 렌즈(6)와의 사이에 파장선택성 편광변환소자(5)를 배치해서, 해당 편광변환소자(5)에의 입사광속의 집광정도를 작게(결국은 평행광속에 가까운 상태로) 하고 있다.For this reason, in this embodiment, the wavelength selective
이것에 의해, 파장선택성 편광변환소자(5)를 구성하는 제 1 및 제 2파장선택성 편광분리막(32), (34)에 있어서 양호한 분광특성이 얻어지도록 하고 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 파장선택성 편광변환소자(5)에 의한 적정한 분광특성을 이용해서, 콘트라스트가 높은 투사화상을 얻는 것이 가능하다.As a result, good spectral characteristics are obtained in the first and second wavelength selective
이상 설명한 파장선택성 편광변환소자를 제 2플라이아이 렌즈와 콘덴서 렌즈와의 사이에 배치하는 것에 대해서는, 이하에 설명하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.The arrangement of the wavelength selective polarization conversion element described above between the second fly's eye lens and the condenser lens is the same in the other embodiments described below.
[[ 실시예Example 2] 2]
도 5에는 본 발명의 실시예 2인 파장선택성 편광변환소자를 이용한 투사 표시 광학계를 표시한다.5 shows a projection display optical system using the wavelength selective polarization conversion element according to the second embodiment of the present invention.
백색 광원(301)으로부터 사출한 광속은 포물면 리플렉터(302)에 의해서 평행광속으로 변환된다. 이 평행광속은 제 1플라이아이 렌즈(303)에 의해서 복수의 광속으로 분할되고, 각 분할 광속은 집광된다. 각 분할 광속은 제 2플라이아이 렌즈(304), 파장선택성 편광변환소자(305)의 근방에 집광되어, 광원의 상(2차 광원상)을 만든다. The light beam emitted from the
플라이아이 렌즈(303), (304)는 복수의 렌즈 셀이 2차원 방향으로 배치되어서 구성되어 있다. 각 렌즈 셀은 피조명면인 후술하는 액정 패널과 상사형상인 직사각형의 렌즈형상을 지닌다.The fly's
파장선택성 편광변환소자(305)는 제 2플라이아이 렌즈(304)를 출사한 각 분할 광속 중 제 1 및 제 2파장역인 B대역과 G대역의 광을, 제 2편광방향을 지닌 직선편광인 P편광으로 변환한다. 또, 제 3파장역인 R대역의 광을 제 1편광방향을 지니는 직선편광인 S편광으로 변환한다.The wavelength selective
파장선택성 편광변환소자(305)로부터 사출한 B대역 및 G대역의 P편광과 R대역의 S편광은 미러(320)에 의해서 반사된다. 그 후, 콘덴서 렌즈(306)에 의해서 집광되어, 색분해/합성 광학계(307)를 거쳐서 B대역, G대역 및 R대역용의 반사형 액정 패널(B, G, R액정 패널)(315), (310), (314)을 각각 중첩적으로 조명한다.The P-polarized light in the B and G bands and the S polarized light in the R band are emitted by the wavelength selective
색분해/합성 광학계(307)는 콘덴서 렌즈(306)를 투과한 편광광 중 B대역과 R대역의 광을 반사하고, G대역광을 투과하는 다이크로익 미러(308)를 지닌다. 다이크로익 미러(308)를 투과한 G대역 편광광은 제 1편광빔 스플리터(309)를 투과해서, 반사형의 G액정 패널(310)에 입사한다.The color separation / synthesis
G액정 패널(310)로부터의 화상광(편광광)은 제 1편광빔 스플리터(309)에 의해서 반사되고, 더욱 파장선택성 편광빔 스플리터(311)에 의해서 반사되어서 투사렌즈(312)에 의해서 도시하지 않은 스크린상에 투영된다. 여기서, 파장선택성 편광빔 스플리터(311)는 B대역의 S편광을 투과하고, G대역의 S편광을 반사하고, R대역의 S편광을 반사해서 R대역의 P편광을 투과한다.The image light (polarized light) from the G
한편, 다이크로익 미러(308)에 의해서 반사된 B대역 및 R대역의 편광광 중 B대역 편광광은 제 2편광빔 스플리터(313)를 투과하고, R대역 편광광은 해당 제 2편광빔 스플리터(313)에 의해서 반사된다. 그래서, 제 2편광빔 스플리터(313)로부터 사출한 B대역 편광광 및 R대역 편광광은 각각 반사형의 B액정 패널(315) 및 R액정 패널(314) 상에 집광된다.On the other hand, out of the polarized light of the B band and the R band reflected by the
B액정 패널(315)에 의해서 반사되고, 또 변조된 B대역 편광광은 제 2편광빔 스플리터(313)에 의해서 반사된다. 또, R액정 패널(314)에 의해서 반사되고, 또 변조된 R대역 편광광은 제 2편광빔 스플리터(313)를 투과한다. 그 후, 양 파장대의 광은 파장선택성 빔 스플리터(311)에 의해서 투과해서, 투사렌즈(312)에 의해서 스크린 상에 투영된다.Reflected by the B
다음에, 전술한 파장선택성 편광변환소자(305)의 구성 및 광학 작용에 대해서 도 6을 이용해서 상세히 설명한다. 파장선택성 편광변환소자(305)의 전체적인 구성은 실시예 1에서 도 2의 오른쪽의 도면을 이용해서 설명한 것과 마찬가지이고, 도 6에는 1개의 편광변환셀을 확대해서 모식적으로 표시하고 있다.Next, the configuration and optical operation of the above-described wavelength selective
(41)은 반사막이다. 또, 광입사쪽으로부터 차례로, (42)는 제 1파장선택성 편광분리막, (43)은 위상차판, (44)는 제 2파장선택성 편광분리막을 표시한다. 이하, 파장선택성 편광분리막은 간단히 광분리막이라 약칭한다.
제 1광분리막(42), 위상차판(43) 및 제 2광분리막(44)은 광의 입사축 방향(도면의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 향하는 방향)에 대해서 45도의 경사를 지닌다. 또, 반사막(41)은 제 1광분리막(42)에 대해서 평행으로 배치되어 있다. 또, 각 광분리막은 실제로는 평행평판인 유리나 아크릴제의 기판의 표면에 다층막으로서 형성되어 있다. 또, 위상차판(43)은 필름 형상으로 형성되고, 마찬가지의 기판상에 점착되어 있다.The first
제 1광분리막(42) 및 제 2광분리막(44)의 특성을 각각 도 7 및 도 8에 표시한다. 제 1광분리막(42)은 B대역광과 G대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 근접하고(50%보다 높고), R대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가까운(50% 보다 낮은) 특성을 지닌다.The characteristics of the first
한편, 제 2광분리막(44)은 B대역광과 G대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가깝고(50% 보다 낮고), R대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다. 이와 같이, 제 1 및 제 2광분리막(42), (44)은 S편광에 대한 투과율이 각 파장대에서 서로 반대로 되는 특성을 지닌다.On the other hand, the second
또, 이들 제 1 및 제 2광분리막(42), (44)은 P편광에 대한 투과율이 파장대에 관계없이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.In addition, these first and second
또, 위상차판(43)은 1/2 파장판이고, 입사한 직선 편광의 편광방향을 90도 회전시키는 기능을 지닌다.The
이와 같이 구성된 파장선택성 편광변환소자(305)에는 백색의 무편광광이 도 6의 왼쪽으로부터 입사한다. 해당 무편광광 중 R대역의 P편광은 제 1광분리막(42)을 투과한 후, 위상차판(43)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 제 2광분리막(44)을 투과해서 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(305)로부터 사출한다.White unpolarized light is incident on the wavelength selective
R대역의 S편광은 제 1광분리막(42)에 의해서 반사되고, 더욱 반사막(41)에 의해서 반사되어 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(305)로부터 출사한다.S-polarized light in the R band is reflected by the first
B대역 및 G대역의 P편광은 제 1광분리막(42)을 투과한 후, 위상차판(43)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 더욱 제 2광분리막(44)에 의해서 반사된다. 그리고, 이 반사광은 재차 위상차판(43)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 1광분리막(42)을 투과해서 반사막(41)에 의해서 반사되어, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(305)로부터 사출한다.The P-polarized light of the B band and the G band passes through the first
또, B대역 및 G대역의 S편광은 제 1광분리막(42)을 투과한 후, 위상차판(43)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 2광분리막(44)에 의해서 투과해서, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(305)로부터 사출한다.In addition, the S-polarized light of the B band and the G band passes through the first
이와 같이 단일의 소자로서 구성된 파장선택성 편광변환소자(305)에 입사한 백색 무편광광은 B대역 및 G대역의 P편광과 R대역의 S편광으로 변환되어서 해당 편광변환소자(305)로부터 사출한다. 이것에 의해, 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.The white unpolarized light incident on the wavelength selective
[[ 실시예Example 3] 3]
도 9에는 본 발명의 실시예 3인 파장선택성 편광변환소자를 이용한 투사 표시 광학계를 표시한다.9 shows a projection display optical system using the wavelength selective polarization conversion element according to the third embodiment of the present invention.
백색 광원(401)으로부터 사출한 광속은 포물면 리플렉터(402)에 의해서 평행광속으로 변환된다. 이 평행광속은 제 1플라이아이 렌즈(403)에 의해서 복수의 광속으로 분할되고, 각 분할 광속은 집광된다. 각 분할 광속은 제 2플라이아이 렌즈(404), 파장선택성 편광변환소자(405)의 근방에 집광되어, 광원의 상(2차 광원 등)을 만든다. The light beam emitted from the
플라이아이 렌즈(403), (404)는 복수의 렌즈 셀이 2차원 방향으로 배치되어서 구성되어 있다. 각 렌즈 셀은 피조명면인 후술하는 액정 패널과 상사형상인 직사각형의 렌즈형상을 지닌다.The fly's
파장선택성 편광변환소자(405)는 제 2플라이아이 렌즈(404)를 출사한 각 분할 광속 중 제 1 및 제 3파장역인 B대역과 R대역의 광을, 제 2편광방향을 지닌 직선편광인 P편광으로 변환한다. 또, 제 2파장역인 G대역의 광을 제 1편광방향을 지니는 직선편광인 S편광으로 변환한다.The wavelength selective
파장선택성 편광변환소자(405)로부터 사출한 B대역 및 R대역의 P편광과 G대역의 S편광은 콘덴서 렌즈(406)에 의해서 집광된다. 또, 미러(407)에 의해서 반사되어, 색분해/합성 광학계(408)를 거쳐서 B대역, G대역 및 R대역용의 반사형 액정 패널(B, G, R액정 패널)(414), (411), (413)을 각각 중첩적으로 조명한다.The P-polarized light of the B and R bands and the S polarized light of the G band emitted from the wavelength selective
색분해/합성 광학계(408)는 편광광 중 B대역과 R대역의 광을 투과하고, G대역광을 반사하는 편광빔 스플리터(409)를 지닌다. 편광빔 스플리터(409)에 의해서 반사한 G대역 편광광은 유리 블록(410)을 투과해서 반사형의 G액정 패널(411)에 입사한다.The color separation / synthesis
G액정 패널(411)로부터의 화상광(편광광)은 유리블록(410)을 투과하고, 편광빔 스플리터(409)를 투과해서 투사렌즈(415)에 의해서 도시하지 않은 스크린상에 투영된다.The image light (polarized light) from the G
한편, 편광빔 스플리터(409)를 투과한 B대역 및 R대역의 편광광 중 B대역 편광광은 다이크로익 프리즘(412)에 의해서 반사되고, R대역 편광광은 해당 다이크로익 프리즘(412)을 투과한다. 그래서, 다이크로익 프리즘(412)으로부터 사출한 B대역 편광광 및 R대역 편광광은 각각 반사형의 B액정 패널(414) 및 R액정 패널(413) 상에 집광된다.On the other hand, B-polarized light of the B-band and R-band polarized light transmitted through the
B액정 패널(414)에 의해서 반사되고, 또 변조된 B대역 편광광은 다이크로익 프리즘(412)에 의해서 반사된다. 또, R액정 패널(413)에 의해서 반사되고, 또 변조된 R대역 편광광은 다이크로익 프리즘(412)을 투과한다. 그 후, 양 파장대의 광은 편광빔 스플리터(409)에 의해서 반사되어, 투사렌즈(415)에 의해서 스크린상에 투영된다.The B
다음에, 전술한 파장선택성 편광변환소자(405)의 구성 및 광학 작용에 대해서 도 10을 이용해서 상세히 설명한다. 파장선택성 편광변환소자(405)의 전체적인 구성은 실시예 1에서 도 2의 오른쪽의 도면을 이용해서 설명한 것과 마찬가지이고, 도 10에는 1개의 편광변환셀을 확대해서 모식적으로 표시하고 있다.Next, the configuration and optical operation of the above-described wavelength selective
(51)은 반사막이다. 또, 광입사쪽으로부터 차례로, (52)는 제 1파장선택성 편광분리막, (53)은 위상차판, (54)는 제 2파장선택성 편광분리막을 표시한다. 이하, 파장선택성 편광분리막은 간단히 광분리막이라 약칭한다.
제 1광분리막(52), 위상차판(53) 및 제 2광분리막(54)은 광의 입사축 방향(도면의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 향하는 방향)에 대해서 45도의 경사를 지닌다. 또, 반사막(51)은 제 1광분리막(52)에 대해서 평행으로 배치되어 있다. 또, 각 광분리막은 실제로는 평행평판인 유리나 아크릴제의 기판의 표면에 다층막으로서 형성되어 있다. 또, 위상차판(53)은 필름 형상으로 형성되고, 마찬가지의 기판상에 점착되어 있다.The first
제 1광분리막(52) 및 제 2광분리막(54)의 특성을 각각 도 11 및 도 12에 표시한다. 제 1광분리막(52)은 B대역광과 R대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 근접하고(50%보다 높고), G대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가까운(50% 보다 낮은) 특성을 지닌다.The characteristics of the first
한편, 제 2광분리막(54)은 B대역광과 R대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가깝고(50% 보다 낮고), G대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다. 이와 같이, 제 1 및 제 2광분리막(52), (54)은 S편광에 대한 투과율이 각 파장대에서 서로 반대로 되는 특성을 지닌다.On the other hand, the second
또, 이들 제 1 및 제 2광분리막(52), (54)은 P편광에 대한 투과율이 파장대에 관계없이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.In addition, these first and second
또, 위상차판(53)은 1/2 파장판이고, 입사한 직선 편광의 편광방향을 90도 회전시키는 기능을 지닌다.The
이와 같이 구성된 파장선택성 편광변환소자(405)에는 백색의 무편광광이 도 10의 왼쪽으로부터 입사한다.White unpolarized light is incident on the wavelength selective
무편광광 중 G대역의 P편광은 제 1광분리막(52)을 투과한 후, 위상차판(53)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 제 2광분리막(54)을 투과해서 S편광으로서 파장 선택성 편광변환소자(405)로부터 사출한다.Among the unpolarized light, P-polarized light in the G band is transmitted through the first
G대역의 S편광은 제 1광분리막(52)에 의해서 반사되고, 더욱 반사막(51)에 의해서 반사되어 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(405)로부터 출사한다.S-polarized light in the G band is reflected by the first
B대역 및 R대역의 P편광은 제 1광분리막(52)을 투과한 후, 위상차판(53)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 더욱 제 2광분리막(54)에 의해서 반사된다. 그리고, 이 반사광은 재차 위상차판(53)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 1광분리막(52)을 투과해서 반사막(51)에 의해서 반사되어, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(405)로부터 사출한다.P-polarized light of the B band and the R band passes through the first
또, B대역 및 R대역의 S편광은 제 1광분리막(52)을 투과한 후, 위상차판(53)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 2광분리막(54)을 투과해서, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(405)로부터 사출한다.In addition, the S-polarized light of the B band and the R band passes through the first
이와 같이 단일의 소자로서 구성된 파장선택성 편광변환소자(405)에 입사한 백색 무편광광은 B대역 및 R대역의 P편광과 G대역의 S편광으로 변환되어서 해당 편광변환소자(405)로부터 사출한다. 이것에 의해, 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.The white unpolarized light incident on the wavelength selective
[[ 실시예Example 4] 4]
도 13에는 본 발명의 실시예 4인 파장선택성 편광변환소자를 이용한 투사 표시 광학계를 표시한다.Fig. 13 shows a projection display optical system using the wavelength selective polarization conversion element according to the fourth embodiment of the present invention.
백색 광원(501)으로부터 사출한 광속은 포물면 리플렉터(502)에 의해서 평행광속으로 변환된다. 이 평행광속은 제 1플라이아이 렌즈(503)에 의해서 복수의 광속으로 분할되고, 각 분할 광속은 집광된다. 각 분할 광속은 제 2플라이아이 렌즈(504), 파장선택성 편광변환소자(505)의 근방에 집광되어, 광원의 상(2차 광원 상)을 만든다.The light beam emitted from the
플라이아이 렌즈(503), (504)는 복수의 렌즈 셀이 2차원 방향으로 배치되어서 구성되어 있다. 각 렌즈 셀은 피조명면인 후술하는 액정 패널과 상사형상인 직사각형의 렌즈형상을 지닌다.The fly's
파장선택성 편광변환소자(505)는 제 2플라이아이 렌즈(504)를 출사한 각 분할 광속 중 제 1 및 제 3파장역인 B대역과 R대역의 광을, 제 1편광방향을 지닌 직선편광인 S편광으로 변환한다. 또, 제 2파장역인 G대역의 광을 제 2편광방향을 지니는 직선편광인 P편광으로 변환한다.The wavelength selective
파장선택성 편광변환소자(505)로부터 사출한 B대역 및 R대역의 S편광과 G대역의 P편광은 콘덴서 렌즈(506)에 의해서 집광된다. 또한, 색분해/합성 광학계(522)를 거쳐서 B대역, G대역 및 R대역용의 투과형 액정 패널(이하, B, G, R액정 패널이라 칭함)(519), (521), (510)을 각각 중첩적으로 조명한다.S-polarized light in the B and R bands and P-polarized light in the G band emitted from the wavelength selective
색분해/합성 광학계(522)는 R대역 광을 투과하고, B대역 광 및 G대역 광을 반사하는 제 1다이크로익 미러(507)를 지닌다. 상기 제 1다이크로익 미러(507)를 투과한 R대역 편광광은 반사 미러(508)에 의해서 반사되어, 필드 렌즈(509)를 통해서, R액정 패널(510)에 입사한다. R액정 패널(510)에 의해서 변조된 광(화상광)은 다이크로익 프리즘(511)에 의해서 반사되고, 투사렌즈(512)에 의해서 도시하지 않은 스크린상에 투영된다.The color separation / synthesis
한편, 제 1다이크로익 미러(507)에 의해서 반사된 B대역 편광광 및 G대역의 편광광 중 G대역 편광광은 제 2다이크로익 미러(513)에 의해서 반사되고, B대역 편광광은 제 2의 다이크로익 미러(513)을 투과한다. 제 2다이크로익 미러(513)에 의해서 반사된 G대역 편광광은 필드 렌즈(520)를 투과해서, G액정 패널(521)에 입사한다. G액정 패널(521)에 의해서 변조된 광속은 다이크로익 미러(511)를 투과해서 , 투영렌즈(512)에 의해서 스크린에 투영된다.Meanwhile, the G band polarized light of the B band polarized light and the G band polarized light reflected by the first
또, 제 2다이크로익 미러(513)를 투과한 B대역 편광광은 릴레이 렌즈(514), (516), 반사미러(515), (517) 및 필드 렌즈(518)를 통해서 B액정 패널(519)에 입사한다. B액정 패널(315)에 의해서 변조된 광(화상광)은 다이크로익 미러(511)에 의해서 반사되고, 투사렌즈(512)에 의해서 스크린상에 투영된다.Further, the B-band polarized light transmitted through the second
다음에, 전술한 파장선택성 편광변환소자(505)의 구성 및 광학 작용에 대해서 도 14를 이용해서 상세히 설명한다. 파장선택성 편광변환소자(505)의 전체적인 구성은 실시예 1에서 도 2의 오른쪽의 도면을 이용해서 설명한 것과 마찬가지이고, 도 14에는 1개의 편광변환셀을 확대해서 모식적으로 표시하고 있다.Next, the configuration and optical operation of the above-mentioned wavelength selective
(61)은 반사막이다. 또, 광입사쪽으로부터 차례로, (62)는 제 1파장선택성 편광분리막, (63)은 위상차판, (64)는 제 2파장선택성 편광분리막을 표시한다. 이하, 파장선택성 편광분리막은 간단히 광분리막이라 약칭한다.
제 1광분리막(62), 위상차판(63) 및 제 2광분리막(64)은 광의 입사축 방향(도면의 왼쪽으로부터 오른쪽으로 향하는 방향)에 대해서 45도의 경사를 지닌다. 또, 반사막(61)은 제 1광분리막(62)에 대해서 평행으로 배치되어 있다. 또, 각 광분리막은 실제로는 평행평판인 유리나 아크릴제의 기판의 표면에 다층막으로서 형성되어 있다. 또, 위상차판(63)은 필름 형상으로 형성되고, 마찬가지의 기판상에 점착되어 있다.The first
제 1광분리막(62) 및 제 2광분리막(63)의 특성을 각각 도 15 및 도 16에 표시한다. 제 1광분리막(62)은 B대역광과 R대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 근접하고(50%보다 낮고), G대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.The characteristics of the first
한편, 제 2광분리막(64)은 B대역광과 R대역광의 S편광에 대한 투과율이 100% 또는 그것에 가깝고(50% 보다 높고), G대역광의 S편광에 대한 투과율이 0% 또는 그것에 가까운(50% 보다 낮은) 특성을 지닌다. 이와 같이, 제 1 및 제 2광분리막(62), (64)은 S편광에 대한 투과율이 각 파장대에서 서로 반대로 되는 특성을 지닌다.On the other hand, the second
또, 이들 제 1 및 제 2광분리막(62), (64)은 P편광에 대한 투과율이 파장대에 관계없이 100% 또는 그것에 가까운(50% 보다 높은) 특성을 지닌다.In addition, these first and second
또, 위상차판(63)은 1/2파장판이고, 입사한 직선 편광의 편광방향을 90도 회전시키는 기능을 지닌다.The retardation plate 63 is a half-wave plate and has a function of rotating the polarization direction of incident linearly polarized light by 90 degrees.
이와 같이 구성된 파장선택성 편광변환소자(505)에는 백색의 무편광광이 도 14의 왼쪽으로부터 입사한다. 해당 무편광광 중 B대역 및 R대역의 P편광은 제 1광분리막(62)을 투과한 후, 위상차판(63)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 제 2광분리막(64)을 투과해서 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(505)로부터 사출한 다.White unpolarized light is incident on the wavelength selective
B대역 및 G대역의 S편광은 제 1광분리막(62)에 의해서 반사되고, 더욱 반사막(61)에 의해서 반사되어 S편광으로서 파장선택성 편광변환소자(505)로부터 출사한다.S-polarized light of the B and G bands is reflected by the first
G대역의 P편광은 제 1광분리막(62)을 투과한 후, 위상차판(63)을 투과해서 S편광으로 변환되고, 더욱 제 2광분리막(64)에 의해서 반사된다. 그리고, 이 반사광은 재차 위상차판(63)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 1광분리막(62)을 투과해서 반사막(61)에 의해서 반사되어, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(505)로부터 사출한다.The P-polarized light in the G band passes through the first
또, G대역의 S편광은 제 1광분리막(62)을 투과한 후, 위상차판(63)을 투과해서 P편광으로 변환되고, 제 2광분리막(64)에 의해서 투과해서, P편광으로서 파장선택성 편광변환소자(505)로부터 사출한다.In addition, the S-polarized light of the G band passes through the first
이와 같이 단일의 소자로서 구성된 파장선택성 편광변환소자(505)에 입사한 백색 무편광광은 B대역 및 R대역의 S편광과 G대역의 P편광으로 변환되어서 해당 편광변환소자(505)로부터 사출한다.The white unpolarized light incident on the wavelength selective
여기서, 종래의 편광변환소자와 투과형 액정 패널을 이용한 구성에서는, 도 13에 표시한 필드 렌즈(520)와 G액정 패널(521)과의 사이에, 입사한 직선편광의 편광방향을 90°회전시키는 위상판을 배치하고 있다. 이것은 G대역을 P편광, R, B대역을 S편광으로 함으로써, 도 17에 표시한 다이크로익 프리즘의 분광특성의 상승부(도면 중의 A부)와 하강부(도면 중의 E부)에서의 광의 손실을 억제하기 때문이 다.Here, in the configuration using the conventional polarization conversion element and the transmissive liquid crystal panel, the polarization direction of the incident linearly polarized light is rotated 90 degrees between the
이것에 대해서, 본 실시예의 파장선택성 편광변환소자(505)를 이용함으로써, 이것과 마찬가지의 효과를, 필드 렌즈(520)와 G액정 패널(521)과의 사이에 위상판을 배치하지 않고도 실현하는 것이 가능하다.On the other hand, by using the wavelength selective
또, 본 실시예에서는, R대영역용, B대영역용 및 G대영역용액정 패널(510), (519), (521)을 도 13에 도시한 바와 같이, 배치한 경우에 대해서 설명 하지만, 본 설명에 있어서 이들의 대역용의 액정패널의 배치는 이것에 한정되지 않는다.In addition, in the present embodiment, the case where the R large area, the B large area and the G large area
이상 설명한 바와 같이, 상기 각 실시예에 의하면, 파장선택성 편광변환소자에 있어서의 특정의 편광방향의 광에 대한 투과율이 파장역에 따라서 변화하는 특성을 지닌 편광분리막과 위상차판의 작용에 의해, 제 1 내지 제 3파장역 중 2개의 파장역의 제 1의 무편광광과 다른 파장역의 제 2의 무편광광을 서로 다른 편광방향을 지닌 편광광으로 변환한다. 이것에 의해, 파장선택성 편광변환기능을 지닌 단일의 소자로서의 편광변환소자를 실현하는 것이 가능하다.As described above, according to the above embodiments, the action of the polarization separation film and the retardation plate having the characteristic that the transmittance of light in the specific polarization direction in the wavelength selective polarization conversion element varies depending on the wavelength range, The first unpolarized light in two wavelength bands and the second unpolarized light in another wavelength band are converted into polarized light having different polarization directions. This makes it possible to realize a polarization conversion element as a single element having a wavelength selective polarization conversion function.
따라서, 상기 편광변환소자로부터의 상기 2개의 파장역의 광 중 한쪽의 광과 상기 다른 파장역의 광을 종래의 파장선택성 위상차판을 통하지 않고 동일 광로로부터 편광빔 스플리터에 인도하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 해당 편광빔 스플리터에 의해서 이들 파장역 광을 편광방향에 따라서 분리하는 것이 가능하다.Therefore, it is possible to guide one of the light in the two wavelength ranges from the polarization conversion element and the light in the other wavelength range to the polarizing beam splitter from the same optical path without passing through the conventional wavelength selective retardation plate. Thereby, it is possible to isolate | separate these wavelength range light according to the polarization direction by the said polarizing beam splitter.
이 때문에, 편광빔 스플리터를 이용해서 색분리를 행하고, 제 1 내지 제 3파장광을 각각 대응하는 화상형성소자에 인도하는 투사 표시 광학계나 화상투사장치 의 광학부품 개수를, 종래에 비해서 적게 하는 것이 가능하다. 또, 파장선택성 위상차판이 불필요하게 됨으로써, 이것을 지지하거나 냉각하거나 하는 구조도 불필요하게 되어, 화상투사장치의 구조를 간략화하는 것이 가능하다.For this reason, color separation is performed using a polarizing beam splitter, and the number of optical components of a projection display optical system or an image projecting device for guiding the first to third wavelength light to the corresponding image forming element, respectively, is smaller than before. It is possible. In addition, since the wavelength selective retardation plate becomes unnecessary, the structure for supporting or cooling it is also unnecessary, and the structure of the image projection apparatus can be simplified.
또, 파장선택성 편광변환소자로서는, 상기 각 실시예에서 설명한 이외의 구성을 채용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 무편광광을 P편광으로 변환하는 파장대역에서는 제 1광분리막을 P편광 및 S편광을 투과하는 특성으로 하고, 제 2광분리막을 P편광을 투과해서 S편광을 반사하는 특성으로 한다. 한편, 무편광광을 S편광으로 변환하는 파장대역에서는 제 1광분리막을 P편광을 투과해서 S편광을 반사하는 특성으로 하고, 제 2광분리막을 P편광 및 S편광을 투과하는 특성으로 한다.As the wavelength selective polarization conversion element, it is also possible to adopt a configuration other than that described in the above embodiments. For example, in the wavelength band for converting unpolarized light into P-polarized light, the first light separation film is characterized by transmitting P-polarized light and S-polarized light, and the second light separation film is made to transmit S-polarized light by reflecting P-polarized light. . On the other hand, in the wavelength band for converting unpolarized light into S-polarized light, the first light separation film is characterized by transmitting P-polarized light to reflect S-polarized light, and the second light separation film is made to transmit P-polarized light and S-polarized light.
이것에 의해, R, G, B 중 어느 하나가 1개의 파장 대역광을 P편광으로, 다른 2개의 파장 대역광을 S편광으로 변환하거나, 어느 하나가 1개의 파장 대역광을 S편광으로, 다른 2개의 파장 대역광을 P편광으로 변환하거나 하는 것이 가능하다.As a result, any one of R, G, and B converts one wavelength band of light into P-polarized light and the other two wavelength bands of light into S-polarized light, or one of them converts one wavelength band of light into S-polarized light. It is possible to convert two wavelength band light into P-polarized light.
또, 상기 각 실시예에서는, 파장선택성 편광변환소자가 2개의 파장선택성 편광분리막을 지니고, 각 파장선택성 편광분리막의 S편광에 대한 투과율만이 파장 대역에 따라서 크게 변화하는 경우에 대해서 설명하였다. 그러나, 파장선택성 편광분리막으로서, S편광과 P편광에 대한 투과율이 각각 파장 대역에 따라서 크게 변화하는(예를 들면, S편광과 P편광에 대한 투과율의 고저가 각 파장대에서 반대로 되는 것)을 이용해도 된다. 이와 같은 파장선택성 편광분리막을 이용하면, 1개의 파장선택성 편광분리막과 위상차판과의 조합에 의해서, 상기 각 실시예에서 설명한 파장선택성 편광변환소자와 동등한 기능을 실현하는 것이 가능하다.In each of the above embodiments, the case where the wavelength selective polarization conversion element has two wavelength selective polarization separation membranes, and only the transmittance with respect to the S polarization of each wavelength selective polarization separation membrane is greatly changed according to the wavelength band has been described. However, as a wavelength selective polarizing separator, the transmittances for S-polarized light and P-polarized light vary greatly depending on the wavelength band (for example, the high and low transmittances for S-polarized light and P-polarized light are reversed in each wavelength band). You may also By using such a wavelength selective polarization separation membrane, by combining one wavelength selective polarization separation membrane and a retardation plate, it is possible to realize a function equivalent to that of the wavelength selective polarization conversion element described in the above embodiments.
또, 본 실시예에서는 화상형성소자로서 반사형 액정 패널이나 투과형 액정 패널을 이용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명에서는 다른 화상형성소자, 예를 들어, DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)를 이용해도 된다.In the present embodiment, the case where a reflective liquid crystal panel or a transmissive liquid crystal panel is used as the image forming element has been described. However, in the present invention, another image forming element, for example, a DMD (digital micromirror device) may be used.
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