JPH08286151A - 偏光方向整列素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光ビームスプリッタで分離した２つの偏光
のうち透過光を反射部材により再帰反射せしめ、次にこ
れら２つの偏光を各々反射プリズムで直角に折り曲げる
構成とすることにより、光学系をコンパクトに構成する
ことを可能としつつ照明ムラの発生を防止し、かつ無偏
光を所定の直線偏光に変換する場合の光変換効率を良好
とする。 【構成】 Ｐ偏光14Ａ′は偏光ビームスプリッタ11の作
用面（蒸着膜面）11Ａを透過し、第１の全反射プリズム
16で光ビーム進行方向を180 °変更され、第１の全反射
プリズム12の反射面12Ａで側方に反射され、光射出面11
Ｃから第１のＰ偏光14Ａとして射出される。Ｓ偏光14
Ｂ′は作用面11Ａにおいて下方に反射され、第３の全反
射プリズム13において側方に反射されてＰ偏光に変換さ
れ、光射出面13Ｂから第２のＰ偏光14Ｂとして射出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無偏光の光を偏光面の方
向がそろえられた２つの偏光に変換する偏光方向整列素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶板を用いて所定の画像信号に
より照明光を変調し、この変調光をスクリーン上に拡大
投影する液晶ビデオプロジェクタが広く知られている。

【０００３】このような液晶ビデオプロジェクタはスク
リーン輝度をより高くすることが求められている。

【０００４】しかしながら、上記液晶板の本体である液
晶セルはその性質上照明光の偏光方向を単一方向とする
必要があり、そのため、通常液晶セルの前面および後面
には偏光板が設けられていて所定の単一方向の偏光のみ
を液晶セル内に入射せしめるように構成されている。

【０００５】すなわち、液晶セルの前面に設けた偏光板
において非選択方向の光成分は吸収によって熱に変換さ
れ、理論上全光量の半分しか利用できない。

【０００６】このような問題を解決するための技術とし
て特開平6-202041号公報等に記載されたものが知られて
いる。

【０００７】すなわち、この技術は光源と液晶板との間
に偏光ビームスプリッタ、全反射プリズムおよびλ／２
光学位相板からなる偏光方向整列部材を設けたものであ
る。この偏光方向整列部材は、偏光ビームスプリッタに
より、光源からの光ビームのうちＰ偏光を透過するとと
もにＳ偏光を直角に反射し、反射されたＳ偏光を全反射
プリズムによりさらに直角に反射して上記偏光ビームス
プリッタを透過したＰ偏光と平行にそろえ、さらに、λ
／２光学位相板によりこのＳ偏光の偏光方向を90°回転
せしめてＰ偏光に変換するようにしている。これにより
光源から射出された光ビームの光量が液晶板の照明光と
して有効に利用されることとなる。この従来技術におい
てはＰ偏光の偏光面を90°回転させるためにλ／２光学
位相板を用いている。しかし、光学位相板により偏光面
を回転させるとその回転角は光の波長に依存するため、
特定の波長の光については偏光面を所望の角度だけ回転
させることができても、他の波長の光については楕円偏
光となり、所望の偏光面の光量としては低下してしま
う。

【０００８】したがって、偏光面が所望の角度だけ回転
した光以外はこのλ／２光学位相板の後段でカットしな
ければならず、結局偏光の変換効率が低下するという問
題が生じ、さらに白色光照明によりカラー画像を投影す
る場合には投影画像の色再現性の問題や色ムラ等の問題
も生じる。

【０００９】このような問題を解決するために、光源か
らの無偏光を偏光ビームスプリッタに入射させ、透過光
であるＰ偏光と反射光であるＳ偏光に分離し、この２つ
の偏光のうちいずれか一方を、複数個の全反射プリズム
で順次反射せしてめて他方の偏光に変換するとともに、
他方の偏光と、その進行方向をそろえるようにした偏光
変換素子が知られている（実公平5-8562号公報）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
偏光変換素子を用いた場合には、光源、偏光変換素子、
液晶板および投光レンズが直線的に配設されることにな
る。液晶ビデオプロジェクタの光学系においては、光源
からの射出光の進行方向と投光レンズからの射出光の進
行方向とが互いに直交する方向となるよう光路を折り曲
げるように構成することが光学系全体をコンパクトなも
のとすることにつながることも多く、このため上記偏光
変換素子を用いた光学系では、例えば液晶板と投光レン
ズとの間にスペースをあけ反射ミラーを挿入するこによ
り光路を90°折り曲げ、これにより上記要請に対処する
ことが必要となる。

【００１１】また、上述した偏光ビームスプリッタと複
数個の全反射プリズムを用いて偏光整列素子を構成する
場合に、射出される同一偏光の２本の光ビームが対角位
置から射出されることとなると各光学部材の光射出面形
状が正方形であることから照明ムラが生じることとなる
ため、この２本の光ビームは光ビーム光射出面において
上下方向もしくは左右方向に隣接するようにして射出さ
れることが望ましい。

【００１２】本願発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、照明用の光学系において、反射ミラーを挿入
せずとも光源からの射出光の光路を90°折り曲げて投光
レンズ方向に射出することができるとともに２本の光ビ
ームが射出される光射出面を縦方向もしくは横方向に隣
接して配列することができ、かつ照明効率の向上を図り
得る偏光方向整列素子を提供することを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の偏光方
向整列素子は、一本の光ビームを第１および第２の偏光
に分離し、該第１の偏光を前方に透過するとともに、該
第２の偏光を上方もしくは下方に反射せしめる偏光ビー
ムスプリッタと、該偏光ビームスプリッタにより透過さ
れた第１の偏光を偏角が180 °となるように反射して、
該偏光ビームスプリッタの左右方向にずれた位置方向に
射出する第１の反射ミラー部材と、該偏光ビームスプリ
ッタの左右方向にずれた位置に配され、該第１の反射ミ
ラー部材により反射された前記第１の偏光を側方に反射
する第２の反射ミラー部材、および前記偏光ビームスプ
リッタの上下方向に隣接する位置に配され、前記第２の
偏光を該側方に反射する第３の反射ミラー部材とからな
ることを特徴とするものである。

【００１４】また、本願発明の第２の偏光方向整列素子
は、互いに左右対称となる２つの上記第１の偏光方向整
列素子を前後方向に２つ組み合わせてなることを特徴と
するものである。

【００１５】なお、上記「前方」、上記「上方」、上記
「下方」あるいは上記「側方」とは、光学系が所定の状
態で配されたときに光源からの光の進行方向に対する相
対的な方向を示す便宜的な表現である。

【００１６】

【作用および発明の効果】上記本願発明の第１の偏光方
向整列素子によれば、偏光ビームスプリッタで、透過す
る第１の偏光と反射される第２の偏光に分離し、これら
２つの偏光を各々に対応する反射ミラー部材により側方
に反射せしめて２つの偏光の射出方向をそろえるように
している。しかも、上記第２の偏光は上記第２の反射ミ
ラー部材によって反射される際に偏光面を90°回転して
上記第１の偏光に変換されることになる。これにより、
１つの偏光ビームスプリッタと２つの反射ミラー部材と
いう簡単な構成にもかかわらず光源からの光の光量の低
下を防止しつつこの光の光路を直角に折り曲げることが
可能となる。

【００１７】これにより、照明用の光学系において、光
路折曲用の反射ミラー等を挿入することなく光学部材の
配置の自由度を高めることができ、光学系全体をコンパ
クトに構成することも可能となる。

【００１８】また、この偏光方向整列素子によれば、偏
光ビームスプリッタの前方に透過した第１の偏光は第１
の反射ミラー部材により光進行方向を180 °反転せしめ
られて、該偏光ビームスプリッタの左右方向にずれた位
置に配された第２の反射ミラー部材に入射され、次にこ
の第２の反射ミラー部材により側方に反射されてこの偏
光方向整列素子の外部に射出される。

【００１９】一方、偏光ビームスプリッタで上下方向に
反射された第２の偏光は第３の反射ミラー部材により上
記第１の偏光と同一方向である側方に反射されてこの偏
光方向整列素子の外部に射出される。

【００２０】上記第１の偏光の光射出面は偏光ビームス
プリッタの左右方向の側面もしくはこれと同一直線上に
あり、一方上記第２の偏光の光射出面は偏光ビームスプ
リッタの左右方向の側面と上下方向に隣接する位置、も
しくはこの位置を通過して左右方向に延びる同一直線上
にあり、結局２つの偏光の光ビームは上下に隣接した位
置から射出されることとなる。

【００２１】これにより、２つの偏光の光ビームにより
照明された面において照明ムラが生じるのを防止するこ
とができる。

【００２２】

【実施例】以下、本願発明の実施例について図面を用い
て説明する。

【００２３】図２は本願発明の一実施例に係る偏光方向
整列素子を用いた液晶ビデオプロジェクタを示す概略図
である。この液晶ビデオプロジェクタは図示するよう
に、反射手段である放物面反射鏡１と、この反射鏡１の
焦点位置近傍に配された、ハロゲンランプ、あるいはメ
タルハライドランプ等からなる光源２と、光源２から直
接または反射鏡１を介して射出された光ビーム３が入射
され、この光路を直角方向に折り曲げるとともに、光量
の低下を防止しつつＰ偏光に変換して射出する偏光方向
整列素子10と、偏光方向整列素子10からのＰ偏光を所定
の画像信号に応じて変調する、画像形成手段としての単
板カラー液晶板４と、単板カラー液晶板４を透過したＰ
偏光をスクリーン６上に拡大投影する投影レンズ５とか
ら構成されている。

【００２４】なお、上記単板カラー液晶板６は、それに
照射されるＰ偏光に対し、その偏光透過方向および作用
方向がそろえられるように設定された前後両面における
偏光板および液晶セルを備えている。これにより、Ｐ偏
光が単板カラー液晶板４において、入力される所定の画
像信号により有効に変調処理をうけることになる。

【００２５】次に、本願発明の一実施例に係る偏光方向
整列素子10について図１を用いてさらに詳しく説明す
る。

【００２６】図１に示すように、この素子10は、互いに
対向する面が接着された、偏光ビームスプリッタ11、第
１の全反射プリズム16、第２の全反射プリズム12および
第３の全反射プリズム13からなる。なお、第１の全反射
プリズム16と他の部材11，12，13とは互いに当接するよ
うに構成されているが、図１においてはその構成を理解
し易くするために第１の全反射プリズム16と他部材を分
解して示している。

【００２７】また、偏光ビームスプリッタ11は同一サイ
ズの２つの直角三角柱プリズムを光分離面11Ａで当接す
るようにして組み合わせた立方体ブロックからなり、第
２および第３全反射プリズム12，13は該直角三角柱ブロ
ックと同じ大きさの直角三角柱ブロックからなる。ま
た、第１の全反射プリズム16は、該立方体ブロックの１
辺の２倍の長さの斜辺を有する直角三角柱ブロックから
なる。光ビーム３は偏光ビームスプリッタ11に入射さ
れ、この偏光ビームスプリッタ11において互いに直交す
るＰ，Ｓ２つの偏光に分離され、２本の光ビームとして
射出される。

【００２８】すなわち、Ｐ偏光14Ａ′は偏光ビームスプ
リッタ11の作用面（蒸着膜面）11Ａを透過し、その光射
出面11Ｂから射出され、第１の全反射プリズム16の直交
する２つの反射面16Ａ，16Ｂで光ビーム進行方向を180
°変更されるとともに、偏光ビームスプリッタ11の側方
に位置する第２の全反射プリズム12の前面12Ａに入射す
るように側方にずらされ、第１の全反射プリズム12の反
射面12Ｂで側方に反射され、偏光ビームスプリッタ11を
左右方向に通過し、この偏光ビームスプリッタ11の光射
出面11Ｃから第１のＰ偏光14Ａとして射出される。一方
Ｓ偏光14Ｂ′は上記作用面11Ａにおいて下方に反射さ
れ、さらに第３の全反射プリズム13の反射面13Ａにおい
て側方に反射されてＰ偏光に変換され、この第２の全反
射プリズム13の光射出面13Ｂから第２のＰ偏光14Ｂとし
て射出される。上記４つの反射面16Ａ，16Ｂ，12Ａ，13
Ａは、照射される２つの偏光14Ａ′，14Ｂ′の光ビーム
が各々入射角45°で入射されるように配されており、２
つの偏光14Ａ′，14Ｂ′はこれらの反射面16Ａ，16Ｂ，
12Ａ，13Ａにおいて直角に反射される。そして、この第
３の全反射プリズム13の反射面13ＡにおいてＳ偏光がＰ
偏光に変換される。

【００２９】結局、第３の全反射プリズム13の光射出面
13Ｂから射出された第２のＰ偏光14Ｂは、偏光ビームス
プリッタ11の光射出面11Ｃから射出された第１のＰ偏光
14Ａとそのビーム進行方向および偏光方向が互いに平行
とされて単板カラー液晶板４方向に射出される。これに
より、無偏光の光ビーム３の略全光量を、所定方向に偏
光面を有するＰ偏光に変換しつつ、その光路を直角方向
に折り曲げることができる。

【００３０】しかも、上記２つの光射出面11Ｃ，13Ｂは
上下方向に隣接して配されることとなり、これらの光射
出面11Ｃ，13Ｂから射出される偏光14Ａ，14Ｂの光ビー
ムが、あたかも断面長方形の、光量が略均一の１本の光
ビームと同様となり、照射される対象面上の照明ムラが
軽減される。

【００３１】また、上記偏光ビームスプリッタ11および
２つの全反射プリズム12，13をその配置を変えて組み合
わせた偏光方向整列素子によっても、この偏光方向整列
素子10Ａと同様の効果を奏することが可能である。

【００３２】図３（ａ）は、図１に示す偏光方向整列素
子10Ａと同様に構成された第１部材25Ａ、この素子10Ａ
と上下対称に構成された第２部材25Ｂおよび第１の全反
射プリズム26を前後方向に組み合わせて、２本の無偏光
３Ａ，３Ｂから４本のＰ偏光24Ａ，24Ｂ，124 Ａ，124
Ｂの光ビームを側方に射出するようにした偏光方向整列
素子10Ｂを示す分解斜視図である。図３（ｂ）は上記第
１部材25Ａと第２部材25Ｂのみが互いに当接し、第１の
全反射プリズム26のみを分解した状態で示す分解斜視図
である。

【００３３】すなわち、無偏光の光ビーム３Ａは偏光ビ
ームスプリッタ21の作用面21ＡにおいてＰおよびＳから
なる２つの偏光に分離され、このうち透過されたＰ偏光
24Ａは第１の全反射プリズム26の２つの反射面26Ａ，26
Ｂによりその進行方向を180°変更され、次に第２の全
反射プリズム22の反射面22Ｂで側方に反射され、偏光ビ
ームスプリッタ21の光射出面21Ｃから第１のＰ偏光24Ａ
として射出される。一方、偏光ビームスプリッタ21の作
用面21Ａにおいて下方に反射されたＳ偏光は第３の全反
射プリズム23の反射面23ＡでＰ偏光に変換されつつ側方
に反射され、第３の全反射プリズム23の光射出面23Ｂか
ら第２のＰ偏光24Ｂとして射出される。

【００３４】これにより１本の無偏光の光ビーム３Ａか
ら、上下方向に配列された２本のＰ偏光24Ａ，24Ｂの光
ビームが生成され、これら２本の偏光24Ａ，24Ｂの光ビ
ームが側方に射出されることとなる。

【００３５】同様に、光ビーム３Ａとは上下方向に平行
となるようにして入射された無偏光の光ビーム３Ｂは偏
光ビームスプリッタ121 の作用面121 ＡでＰおよびＳか
らなる２つの偏光に分離され、前方に透過したＰ偏光12
4 Ａは第１の全反射プリズム26の反射面26Ａ，26Ｂで18
0 °反転した方向に反射され、第２の全反射プリズム12
2 の反射面122 Ｂで側方に反射され、偏光ビームスプリ
ッタ121 の光射出面121 Ｃから第３のＰ偏光124 Ａとし
て射出される。一方、偏光ビームスプリッタ121 の作用
面121 Ａにおいて上方に反射されたＳ偏光は第３の全反
射プリズム123の反射面123 ＡでＰ偏光に変換されつつ
側方に反射され、第３の全反射プリズム123 の光射出面
123 Ｂから第４のＰ偏光124 Ｂとして射出される。

【００３６】これにより１本の無偏光の光ビーム３Ｂか
ら、上下方向に配列された２本のＰ偏光124 Ａ，124 Ｂ
の光ビームが生成され、それら２つの光ビームが側方に
射出されることとなる。

【００３７】結局、上記４つの光射出面23Ｂ，21Ｃ，12
3 Ｂ，121 Ｃは上下左右方向に隣接して配されており、
これらの光射出面23Ｂ，21Ｃ，123 Ｂ，121 Ｃから射出
される偏光24Ａ，24Ｂ，124 Ａ，124 Ｂの光ビームは、
あたかも断面正方形の、光量が略均一の１本の光ビーム
と同様となり、照明される対象面上の照明ムラを軽減し
つつ、照明光照射面積を倍増させることができる。

【００３８】また、図４（ａ）は、図３（ａ）の偏光方
向整列素子10Ｂと略同様に、第１部材35Ａ、第２部材35
ｂおよび第１の全反射プリズム36を前後方向に組み合わ
せて、２本の無偏光の光ビーム３Ａ，３Ｂから４本のＰ
偏光34Ａ，34Ｂ，134 Ａ，134 Ｂの光ビームを生成して
側方に射出するようにした偏光方向整列素子10Ｃを示す
分解斜視図である。図４（ｂ）は上記第１部材35Ａと第
２部材35Ｂのみが互いに当接し、第１の全反射プリズム
36のみを他部材35Ａ，35Ｂから分解した状態で示す分解
斜視図である。

【００３９】この図４のものにおいて、図３に示す各部
材と同様の機能を有する部材については、図３に示す各
部材に付した数字に10を加えた数字を付して表わしてい
る。

【００４０】この図４に示す偏光方向整列素子10Ｃによ
れば、図３に示す偏光方向整列素子10Ｂと同様の作用効
果を得ることができ、その他偏光方向整列素子10Ｂに比
べて、各部材作用面21Ａ，121 Ａ，31Ａ，131 Ａからの
第１のＰ偏光24Ａ，124 Ａ，34Ａ，134 Ａと第２のＰ偏
光24Ｂ，124 Ｂ，34Ｂ，134 Ｂの光路差が短くなるの
で、この偏光方向整列素子10Ｃを用いることにより照明
ムラを減少させることが可能となる。

【００４１】さらに、図３および図４に示すように第１
部材25Ａ，35Ａと第２部材25Ｂ，35Ｂを組み合わせたも
のを、さらに上下対称に組み合わせて、ビーム進行方向
および偏光方向がそろえられた８本のＰ偏光14Ａ，14
Ｂ，24Ａ，24Ｂの光ビームを得ることも可能である。

【００４２】なお、本実施例における偏光方向整列素子
10Ａ，10Ｂ，10Ｃは、直角三角柱ブロックの光学部材の
組み合わせで構成されており、製造が容易であるから、
製造コストも安価である。

【００４３】なお、本願発明の偏光方向整列素子として
は上記実施例のものに限られるものではなく、種々の態
様の変更が可能である。

【００４４】例えば、上記全反射プリズムに代えて全反
射ミラーを用いることも可能である。上記実施例におい
ては、射出する直線偏光をＰ偏光にそろえるようにして
いるが、部材の配置を変えることによりＳ偏光にそろえ
ることも可能である。

【００４５】さらに、上記実施例においては単板カラー
液晶板を用いた液晶ビデオプロジェクタに適用する場合
について説明しているが、周知の色分解合成光学系と３
板式モノクロ液晶板を用いた液晶ビデオプロジェクタに
も適用可能であることは勿論であり、その他照明光とし
て直線偏光を用いる光学装置全般に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例に係る偏光方向整列素子を
示す概略図

【図２】本願発明の偏光方向整列素子を適用した液晶ビ
デオプロジェクタを示す概略図

【図３】図１に示すものとは別の実施例に係る偏光方向
整列素子を示す概略図

【図４】図１および図３に示すものとは別の実施例に係
る偏光方向整列素子を示す概略図

【符号の説明】

１ 放物面反射鏡 ２ 光源 ３，３Ａ，３Ｂ 光ビーム ４ 単板カラー液晶板 ６ スクリーン 10Ａ，10Ｂ，10Ｃ 偏光方向整列素子 11，21，31，121 ，131 偏光ビームスプリッタ 11Ａ，21Ａ，31Ａ，121 Ａ，131 Ａ 作用面 16，26，36 第１の全反射プリズム 12，22，32，122 ，132 第２の全反射プリズム 12Ｂ，13Ａ，16Ａ，16Ｂ，22Ｂ，23Ａ，26Ａ，26Ｂ，32
Ｂ，33Ａ， 122 Ｂ，123 Ａ，132 Ｂ，133 Ａ 反射面 11Ｃ，13Ｂ，21Ｃ，23Ｂ，32Ｃ，33Ｂ， 121 Ｃ，123 Ｂ，132 Ｃ，133 Ｂ 光射出面 13，23，33，123 ，133 第３の全反射プリズム 14Ａ，24Ａ，34Ａ 第１のＰ偏光 14Ｂ，24Ｂ，34Ｂ 第２のＰ偏光 124 Ａ，134 Ａ 第３のＰ偏光 124 Ｂ，134 Ｂ 第４のＰ偏光 14Ａ′ Ｐ偏光 14Ｂ′ Ｓ偏光

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一本の光ビームを第１および第２の偏光
   に分離し、該第１の偏光を前方に透過するとともに、該
   第２の偏光を上方もしくは下方に反射せしめる偏光ビー
   ムスプリッタと、 該偏光ビームスプリッタにより透過された第１の偏光を
   偏角が180 °となるように反射して、該偏光ビームスプ
   リッタの左右方向にずれた位置方向に射出する第１の反
   射ミラー部材と、 該偏光ビームスプリッタの左右方向にずれた位置に配さ
   れ、該第１の反射ミラー部材により反射された前記第１
   の偏光を側方に反射する第２の反射ミラー部材、および
   前記偏光ビームスプリッタの上下方向に隣接する位置に
   配され、前記第２の偏光を該側方に反射する第３の反射
   ミラー部材とからなることを特徴とする偏光方向整列素
   子。
2. 【請求項２】 互いに上下対称となる、２つの請求項１
   記載の偏光方向整列素子を前後方向に組み合わせてなる
   ことを特徴とする偏光方向整列素子。