JPH02250026A - 偏光ビームスプリッタ装置とその装置を用いたライトバルブ光学装置 - Google Patents

偏光ビームスプリッタ装置とその装置を用いたライトバルブ光学装置

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JPH02250026A
JPH02250026A JP1070880A JP7088089A JPH02250026A JP H02250026 A JPH02250026 A JP H02250026A JP 1070880 A JP1070880 A JP 1070880A JP 7088089 A JP7088089 A JP 7088089A JP H02250026 A JPH02250026 A JP H02250026A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は偏光子と検光子とを共用する偏光ビームスプリ
ッタ装置に関するものであり、また、その偏光ビームス
プリッタ装置を用い、反射型のライトバルブに形成され
る光学像を照明光で照射するとともに投写レンズにより
スクリーン上に投写するライトバルブ光学装置に関する
ものである。
従来の技術 大画面画像を得るために、液晶パネルをライトバルブと
して用いる投写型表示装置が従来より知られている。こ
れは、液晶パネルに映像信号に応じた光学像を形成し、
この光学像を照明光で照射するとともに投写レンズによ
りスクリーン上に拡大投写するものである。また、高解
像度化を狙って、反射型の液晶パネルをライトバルブと
して用いる方法が提案されている（例えば、特開昭６１
−１３８８５号広報）。
反射型の液晶パネルを用いるライトバルブ光学装置の従
来の基本構成を第９図に示す。液晶パネル１は液晶の複
屈折性を利用するもので、各画素に光を反射させる反射
電極を有する。液晶パネル１は液晶層に電圧が印加され
ない場合には、実質的に複屈折を示さない。液晶層に電
圧が印加されると複屈折を生じ、所定の偏光方向の直線
偏光が入射すると、反射光が楕円偏光となる。
光源２からの平行に近い光３は、偏光ビームスプリッタ
４により反射するＳ偏光成分５と直進するＰ偏光成分６
とに分けられ、Ｓ偏光成分の光５は液晶パネルｌに入射
し、その反射光は再び偏光ビームスプリッタ４に入射す
る。反射光に含まれるＰ偏光成分は偏光ビームスプリッ
タ４を直進し、Ｓ偏光成分は光源２の方に進む。こうし
て、液晶パネル１に複屈折性の変化として形成された光
学像は投写レンズ７によりスクリーン（図示せず）上に
投写される。
反射型の液晶パネルは、画素電極の下にスイッチング素
子を配置できるので、スイッチング素子を小さくしない
でも画素ピンチを小さくし高密度化することが容易であ
り、透過型の液晶パネルを用いる場合に比較して高解像
度の投写画像を得られるという利点がある。
発明が解決しようとする課題 第９図に示したライトバルブ光学装置には、偏光ビーム
スプリッタ４に入射する光線と入射光軸とのなす角度が
大きくなると、投写画像のコントラストが低下するとい
う問題がある。そのため、偏光ビームスプリッタを使用
するライトバルブ光学装置の光源には、発光体が小さく
、輝度が高いキセノンランプを使用することが多かった
。しかし、キセノンランプは、効率が低い、寿命が短い
という問題がある。光源として、メタルハライドランプ
を使用できれば、ランプの効率、寿命の問題を解決する
ことができるが、メタルハライドランプはキセノンラン
プに比べて発光体が大きいために、第９図に示した構成
に用いると、投写画像の明るさとコントラストとの両立
が困難となる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、平行からか
なりずれた光を利用できる偏光ビームスプリッタ装置を
提供することを目的とし、また、大画面で高解像度の画
像を映出することができ、しかもコントラストが良好で
、明るい投写画像の得られるライトバルブ光学装置を提
供することを目的としている。
課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明の偏光ビームスプリッ
タ装置は、偏光子および検光子として共用される偏光ビ
ームスプリッタと、１／４波長板とを備え、前記偏光ビ
ームスプリッタから出て再び前記偏光ビームスプリッタ
に入射する光路に前記１／４波長板をその進相軸または
遅相軸が前記偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光
軸とを含む平面に直交するように配置したものである。
また、本発明のライトバルブ光学装置は、光源と、偏光
ビームスプリッタと、偏光状態を変調して光を反射する
反射型のライトバルブと、１／４波長板と、投写レンズ
とを備え、前記光源からの出力光は前記偏光ビームスプ
リッタを介して前記ライトバルブに入射し、前記ライト
バルブからの反射光に含まれる有効成分が前記偏光ビー
ムスプリッタ、前記投写レンズを介してスクリーン上に
投写されるようにし、前記偏光ビームスプリッタと前記
ライトバルブとの間の光路に前記１／４波長板をその進
相軸または遅相軸が前記偏光ビームスプリッタの入射光
軸と出射光軸とを含む平面に直交するように配置したも
のである。
作用 上記構成により、光線が偏光ビームスプリッタに斜めに
入射する場合、偏光子としての偏光ビームスプリッタか
ら出射する光線は偏光方向が理想的な方向から回転した
直線偏光となるが、光線が１／４波長板を２回通過する
と偏光方向が反対方向に２倍回転した直線偏光となり、
この偏光方向は偏光ビームスプリッタを検光子として使
用できる偏光方向である。そのため、偏光ビームスプリ
ッタ装置として使用できる光の角度範囲が拡がる。
また、この偏光ビームスプリッタ装置を使用すれば、投
写画像を明るくするために偏光ビームスプリッタに入射
する光の角度範囲を大きくしても、投写画像のコントラ
スト低下がないので、明るくコントラストの良好なライ
トバルブ光学装置を提供することができる。
実施例 本発明による液晶ライトバルブ光学装置の一実施例につ
いて添付図面を参照しながら説明する。
第１図ば本発明の一実施例における光学系の構成を示し
たもので、２１は光源、２２は偏光ビームスプリッタ、
２５は１／４波長板、２６は反射型の液晶パネル、２７
は投写レンズである。偏光ビームスプリッタ２２と１／
４波長板２５とで偏光ビームスプリッタ装置が構成され
る。
光源２１からの出力光は偏光ビームスプリッタ２２に入
射し、直進するＰ偏光成分２３と反射するＳ偏光成分２
４とに分けられ、Ｓ偏光成分２４は１／４波長板２５を
透過して反射型の液晶パネル２６に入射する。液晶パネ
ル２６からの反射光は１／４波長板２５を透過して偏光
ビームスプリッタ２２に入射し、偏光ビームスプリッタ
２２を直進する光は投写レンズ２７を介してスクリーン
（図示せず）上に到達する。
１／４波長板２５はその進相軸２８または遅相軸２９が
偏光ビームスプリッタ２２の入射光軸３０と反射光軸３
１とを含む平面に直交するように配置される。
液晶パネル２６は、４５＠ツイストモードの液晶パネル
であり、各画素に反射雪掻を有する。液晶層に電圧が印
加されない場合には等方性であり、液晶層に電圧が印加
されると複屈折性を生じる。このため、所定の偏光方向
の直線偏光を液晶パネル２６に入射させると、各画素の
印加電圧により各画素からの反射光の偏光状態が変化す
る。
１／４波長板２５は投写レンズ２７から出射する光の中
心的な波長において、進相軸２８と遅相軸２９とで位相
差が１／４波長となるものである。１／４波長板２５は
光が２回通過するので、実際には１／２波長板として作
用する。１／２波長板は、■入射光が直線偏光なら出射
光も直線偏光となり、■入射する直線偏光の偏光方向と
出射する直線偏光の偏光方向とを２等分する方向は進相
軸２８または遅相軸２９に一致する、という性質がある
。
光源２１は、第２図に示すように、ランプ３２、集光レ
ンズ３３、凹面鏡３４、熱線吸収フィルタ３５とで構成
される。ランプ３２からの放射光は集光レンズ３３と凹
面鏡３４とにより平行に近い光に変換され、熱線吸収フ
ィルタ３５を透過して出力される。
以下に、本発明の詳細な説明する。
第３図は、第１図に示した構成で、液晶パネル２６を平
面ミラー３６に置き換え、１／４波長板２５を除いたも
のである。この構成は、従来例として第９図に示した構
成で液晶パネル１が複屈折を示さない場合と等価である
。ここで、平面ミラー３６の反射面３７は偏光ビームス
プリッタ２２の反射光軸３１に垂直とし、偏光ビームス
プリッタ２２の反射面３８はＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏
光成分を直進させる理想的な特性を有すると仮定する。
偏光ビームスプリッタ２２の入射光軸３０をＹ軸、反射
光軸３１をＹ軸、Ｙ軸とＹ軸とに直交する方向をＹ軸と
する。
第３図に、自然偏光の入射光線３９がＹＺ平面内にあり
、入射方向がＹ軸と平行でない場合の光線の進み方を示
す。偏光ビームスプリッタ２２で反射された光線４０は
偏光方向４１がＹ軸と平行の直線偏光であり、平面ミラ
ー３６で反射した光線４２も偏光方向４３がＹ軸と平行
であるから、光線４２は偏光ビームスプリッタ２２を直
進しない。
第３図に示した構成で、偏光ビームスプリッタ２２と平
面ミラー３６との間の光路に進相軸２８をＸ軸方向に向
けて１／４波長板２５を配置した場合を考える。１／４
波長板２５に偏光方向が進相軸２８と平行な直線偏光が
入射するので、１／４波長板２５の前後で偏光状態は変
化しない。従って、この場合の１／４波長板２５は何の
作用ももたらさない。
次に、第４図に示すように、自然偏光の入射光線４７が
ＸＹ平面内にあり、入射方向がＹ軸と平行でない場合を
考える。入射光線４７がＸＹ平面内にあれば、平面ミラ
ー３６への入射光線４８とその反射光線４９とは共にＸ
Ｙ平面内にあり、光線４８と光線４９との証す角を２等
分する方向はＹ軸に平行である。ただし、偏光ビームス
プリッタ２５の光線４８、光線４９に対するＳ偏光の方
向はＸＺ平面と平行でハナイ。第５図は偏光ビームスプ
リッタ２２の光線４８．４９に対するＳ偏光の方向５０
．５１のＸＹ平面への射影を示したものである。Ｙ軸に
対するＳ偏光の方向が、光線４８は左回りに、光線４９
は右回りに同量だけ回転している。偏光ビームスプリッ
タ２２が偏光子として作用するため、光線４８は第５図
に示した方向の直線偏光となるが、平面ミラー３６は反
射の前後で偏光状態を変化させないので、光線４９は第
５図に示すように方向５２を向く直線偏光となる。光線
４９の偏光方向５２が、偏光ビームスプリッタ２２の光
線４９に対するＳ偏光の方向５１と一致しないので、光
線４９の一部は偏光ビームスプリッタ２２を直進する。
入射光線４７と入射光軸３０とのなす角度が大きくなる
につれて、偏光ビームスプリッタ２２を直進する成分が
急激に増大する。第９図に示した構成で、入射光線の角
度範囲が大きくなると投写画像のコントラストが低下す
るのは、以上の理由による。
ここで、第６図に示すように、偏光ビームスプリッタ２
２と平面ミラー３６との間の光路に、進相軸２８をＸ軸
方向に向けて１／４波長板２５を配置した場合を考える
。簡単のために、１／４波長板２５の表面反射は無視す
る。
１／４波長板２５に直線偏光の光線５３が入射すると、
平面ミラー３６を介して波長板２５を２回通過した後の
光線５４も直線偏光で、光線５３の偏光方向５５と光線
５４の偏光方向５６とを２等分する方向は進相軸２８に
一致する。第７図は光線５３．５４の偏光方向５７．５
８のＸＹ平面への射影を示したものである。
第５図を参考にすると、光線５４の偏光方向５６は偏光
ビームスプリッタ２２の光線５４のＳ偏光の方向と一致
する。従って、光線５４に偏光ビームスプリッタ２２を
直進する成分は存在しない。
こうして、１／４波長板２５により直線偏光の偏光方向
が補正されるので、偏光ビームスプリッタ２２を偏光子
および検光子として共用する場合に、入射光線の角度範
囲を広げても、コントラスト低下ヲ生シない。偏光ビー
ムスプリッタ２２への入射光線の角度範囲が拡がれば、
投写画像は明るくなる。そうすると、光源に発光体の大
きいメタルハライドランプを使用することができる。こ
のランプは、ハロゲンランプやキセノンランプに比べて
、ランプ効率が高く、寿命が長いという特徴があり、ラ
イトバルブ光学装置に好都合である。
上記説明では１／４波長板２５の表面反射を無視したが
、実際には偏光ビームスプリッタ２２から出て１／４波
長板２５の偏光ビームスプリッタ２２側の面で反射する
光は、偏光方向が補正されないのでコントラストを低下
させる。１／４波長板２５を透明接着剤、透明粘着剤な
どにより偏光ビームスプリッタ２２に固着すると、この
表面反射がなくなるので、コントラストがさらに向上す
る。
第１図に示した構成で、光源２１と偏光ビームスプリッ
タ２２との間の光路にＳ偏光成分を透過させる偏光板を
配置し、偏光ビームスプリッタ２２と液晶パネル２６と
の間の光路にＰ偏光成分を透過させる偏光板を配置する
と、さらに投写画像のコントラストを向上させることが
できる。この場合、偏光ビームスプリッタ２２の偏光度
が多少低くても、偏光板の偏光度が高ければ、投写画像
のコントラストは高くなる。２枚の偏光板のうちの一方
だけでも効果が認められる。この場合、偏光板を透明接
着剤または透明粘着剤で偏光ビームスプリッタ２２に固
着すれば、空気との界面が減ることにより、投写画像の
明るさを向上させる効果がある。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第８図は、第１図に示した反射型の液晶パネルを赤用、
縁周、青用と３枚使用して、フルカラーの投写画像を得
るライトバルブ光学装置の構成を示したものである。６
１は光源、６２．６３．６４はグイクロイックミラー、
６５．６６．６７は偏光ビームスプリッタ、６８．６９
．７０は１／４波長板、７１．７２．７３は反射型の液
晶パネル、７４．７５．７６は投写レンズである。
光源６１から出る光はグイクロイックミラー６２．６３
．６４により青、緑、赤の色光に分けられる。各色光は
、それぞれ対応する偏光ビームスプリッタ６５．６６．
６７に入射し、反射するＳ偏光成分と直進するＰ偏光成
分とに分けられる。各色光のＳ偏光成分はそれぞれ１／
４波長板６８．６９．７０を透過して、液晶パネル７１
．７２．７３に入射する。液晶パネル７１．７２．７３
からの反射光のうちＰ偏光成分は１／４波長板６８．６
９．７０を透過した後、偏光ビームスプリッタ６５．６
６．６７を直進し、投写レンズ７４．７５．７６に入射
する、こうして、液晶パネル７１．７２．７３に複屈折
性の変化として形成された光学像が投写レンズ７４．７
５．７６によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写さ
れる。
第１図に示した構成と同様に、１／４波長板６８．６９
．７０はその進相軸または遅相軸が偏光ビームスプリッ
タ６５．６６．６７の入射光軸と反射光軸とを含む平面
に直交するように配置される。そして、ｌ／４波長板６
８．６９．７０が偏光ビームスプリッタ６５．６６．６
７に斜めに入射する光線によるコントラスト低下を防ぐ
ので、光源にメタルハライドランプを使用しても、明る
さとコントラストとの両立が可能となる。なお、１／４
波長板６８．６９．７０は各投写レンズ７４．７５．７
６を出射する光の中心的な波長において、位相差が１／
４波長となるようにするとよい。位相差が厳密に１／４
波長となるのはある特定の波長であり、その波長からず
れるとコントラストがイ民下する。第８図に示した構成
では、１つの１／４波長板が対象とする波長範囲が可視
領域全体に比べて狭いために、コントラスト低下は実用
上問題とならない。１／４波長板６８．６９．７０を対
応する偏光ビームスプリッタ６５．６６．６７に固着す
れば、さらにコントラストが向上する。また、偏光ビー
ムスプリッタ６５．６６．６７のダイクロイックミラー
６２．６３．６４側と投写レンズ７４．７５．７６側に
偏光板を配置し、さらに偏光板を偏光ビームスプリッタ
６５．６６．６７に固着すれば、先の実施例と同様の効
果が得られる。
ライトバルブとして、実施例で説明した反射型の液晶パ
ネルの他に、電気光学結晶などの複屈折性を利用した反
射型のライトバルブを用いることもできる。
発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、偏光ビームスプリッ
タとライトバルブとの間の光路に１／４波長板を配置す
ることにより、偏光ビームスプリッタに斜めに入射する
光線の角度範囲を広げることができ、その結果、明るく
、しかもコントラストの良好な投写画像を得ることがで
きるので、非常に大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例におけるライトバルブ光学装
置の構成を示す斜視図、第２図は光源の構成を示す略構
成図、第３図および第４図は偏光ビームスプリッタの作
用を説明する路線図、第５図、第６図および第７図は１
／４波長板の効果を説明する路線図、第８図は本発明の
他の実施例を示す斜視図、第９図は従来のライトバルブ
光学装置の構成を示す斜視図である。 ２１・・・・・・光源、２２・・・・・・偏光ビームス
プリッタ、２５・・・・・・１／４波長板、２６・・・
・・・液晶パネル、２７・・・・・・投写レンズ、６１
・・・・・・光源、６２．６３．６４・・・・・・ダイ
クロイックミラー、６５．６６、６７・・・・・・偏光
ビームスプリッタ、６８．６９．７０・・・・・・１／
４波長板、７１．７２．７３・・・・・・液晶パネル、
７４．７５．７６・・・・・・投写レンズ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名菓　２　因 第 図 第 図

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）偏光子および検光子として共用される偏光ビーム
    スプリッタと、１／４波長板とを備え、前記偏光ビーム
    スプリッタから出て再び前記偏光ビームスプリッタに入
    射する光路に前記１／４波長板をその進相軸または遅相
    軸が前記偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸と
    を含む平面に直交するように配置した偏光ビームスプリ
    ッタ装置。
  2. （２）偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを固着し
    た請求項（１）記載の偏光ビームスプリッタ装置。
  3. （３）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射光路
    または検光子としての出射光路または両方の光路に所定
    の偏光方向の直線偏光が透過するように偏光板を配置し
    た請求項（１）記載の偏光ビームスプリッタ装置。
  4. （４）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射面ま
    たは検光子としての出射面または両方の面に所定の偏光
    方向の直線偏光が透過するように偏光板を固着した請求
    項（１）記載の偏光ビームスプリッタ装置。
  5. （５）光源と、偏光ビームスプリッタと、偏光状態を変
    調して光を反射する反射型のライトバルブと、１／４波
    長板と、投写レンズとを備え、前記光源からの出力光は
    前記偏光ビームスプリッタを介して前記ライトバルブに
    入射し、前記ライトバルブからの反射光に含まれる有効
    成分が前記偏光ビームスプリッタ、前記投写レンズを介
    してスクリーン上に投写されるようにし、前記偏光ビー
    ムスプリッタと前記ライトバルブとの間の光路に前記１
    ／４波長板をその進相軸または遅相軸が前記偏光ビーム
    スプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に直交す
    るように配置したライトバルブ光学装置。
  6. （６）偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを固着し
    た請求項（５）記載のライトバルブ光学装置。
  7. （７）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射光路
    または検光子としての出射光路または両方の光路に所定
    の偏光方向の直線偏光が透過するように偏光板を配置し
    た請求項（５）記載のライトバルブ光学装置。
  8. （８）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射面ま
    たは検光子としての出射面または両方の面に所定の偏光
    方向の直線偏光が透過するように偏光板を固着した請求
    項（５）記載のライトバルブ光学装置。
  9. （９）光源はメタルハライドランプを用いたものである
    請求項（５）記載のライトバルブ光学装置。
  10. （１０）３原色の色成分を含む光を放射する光源と、前
    記光源の出力光を３原色の光に分解する色分解手段と、
    ３つの偏光ビームスプリッタと、偏光状態を変調して光
    を反射する３つの反射型のライトバルブと、３つの１／
    ４波長板と、３本の投写レンズとを備え、前記色分解手
    段からの各色はそれぞれ前記偏光ビームスプリッタを介
    して前記ライトバルブに入射し、前記３つのライトバル
    ブからの反射光に含まれる有効成分がそれぞれ前記偏光
    ビームスプリッタと前記投写レンズとを介してスクリー
    ン上に投写されるようにし、前記偏光ビームスプリッタ
    と前記ライトバルブとの間の光路に１／４波長板をその
    進相軸または遅相軸が前記偏光ビームスプリッタの入射
    光軸と反対光軸とを含む平面に直交するように配置した
    ライトバルブ光学装置。
  11. （１１）偏光ビームスプリッタと１／４波長板とを固着
    した請求項（１０）記載のライトバルブ光学装置。
  12. （１２）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射光
    路または検光子としての出射光路または両方の光路に所
    定の偏光方向の直線偏光が透過するように偏光板を配置
    した請求項（１０）記載のライトバルブ光学装置。
  13. （１３）偏光ビームスプリッタの偏光子としての入射面
    または検光子としての出射面または両方の面に所定の偏
    光方向の直線偏光が透過するように偏光板を固着した請
    求項（１０）記載のライトバルブ光学装置。
  14. （１４）光源はメタルハライドランプを用いたものであ
    る請求項（１０）の記載のライトバルブ光学装置。
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