JPH0882710A - 偏光ビ−ムスプリッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリズムに用いるガラス材の歪による影響をう
けにくく、しかも、占有スペ−スが小さい偏光ビ−ムス
プリッタを提供する。 【構成】偏光ビ−ムスプリッタ３は、６つの小型偏光ビ
−ムスプリッタ１１ａ〜１１ｆと、これらを固定する支
持部材４０、４１とから構成されている。各小型偏光ビ
−ムスプリッタは、予め定めた第１の偏光成分を反射
し、前記第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を透
過させる偏光膜と、当該偏光膜を介して接合した２つの
プリズムとから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予め定めた第１の偏光
成分を反射し、前記第１の偏光成分とは異なる第２の偏
光成分を透過させる偏光ビ−ムスプリッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】光源から発せられた非偏光を２つの偏光
成分に分離する光学素子の一つとして、偏光ビ−ムスプ
リッタが知られている。この偏光ビ−ムスプリッタに
は、例えば、図９に示すようなものがある。図９に示さ
れる従来例は、偏光膜７１と、偏光膜７１を挟んで一体
化された２つのプリズム７２、７３とから構成されてい
る。この偏光ビ−ムスプリッタ７０に、図９に示すよう
な非偏光が入射すると、偏光膜７１は、例えば、Ｐ偏光
成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。

【０００３】このような特性を有する偏光ビ−ムスプリ
ッタは、スクリ−ンに画像を拡大投射する画像投射装置
にも利用されている。図１０には、画像投射装置の一例
が示されている。この画像投射装置は、スクリ−ン７４
と、非偏光を照射する照明系７５と、図９に示したタイ
プの偏光ビ−ムスプリッタ７０と、書き込み光を発生す
る書き込み光学系７６と、偏光ビ−ムスプリッタ７０か
らの光を、書き込み光に応じて変調することで画像を生
成する空間光変調素子７７と、偏光ビ−ムスプリッタ７
０からの光をスクリ−ン７４に拡大投射する投射光学系
７８とを備えている。

【０００４】照明系７５から発せられた非偏光は、偏光
ビ−ムスプリッタ７０に入射し、偏光膜７１において、
Ｓ偏光成分とＰ偏光成分に分離される。偏光膜７１で反
射されたＳ偏光成分は、空間光変調素子７７に読みだし
光として入射する。空間光変調素子７７は、この読みだ
し光を、書き込み光学系７６から発せられた、画像情報
をもった書き込み光によって変調して反射する。反射さ
れた読みだし光の一部は、変調による位相ずれが生じて
Ｐ偏光成分になっており、この状態で再び偏光ビ−ムス
プリッタ７０に入射する。そして、偏光ビ−ムスプリッ
タ７０に入射した光のうち、変調成分であるＰ偏光成分
は、偏光膜７１を透過し、未変調成分であるＳ偏光成分
は、偏光膜７１で反射する。偏光膜７１を透過したＰ偏
光成分は、投射光学系７８で拡大され、スクリ−ン７４
に投射される。

【０００５】ところで、前述した、偏光ビ−ムスプリッ
タ７０のプリズム７２、７３には、普通、光学ガラスが
用いられる。ガラス材は、通常、内部応力等による歪を
含んだ状態で形成され、複屈折性を有している。もちろ
ん、この光学ガラスも例外ではない。そして、複屈折性
を有する光学ガラスは、自身を透過する光に対して悪影
響を与えてしまう。具体的には、図１０において、偏光
ビ−ムスプリッタ７０のプリズム７３は、偏光膜７１を
通過したＰ偏光成分を乱し、一部をＳ偏光成分に変えて
しまう。このような場合、投射光学系７８には、空間光
変調素子７７で変調された光以外の光が入射してしまう
ことになる。変調された光以外の光が入射してしまう
と、投射光学系７８は、正確な画像情報を投射すること
ができなくなり、結果として、スクリ−ン上に照度むら
や色むらが表れてしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の不具合を解決す
るために、例えば、プリズムとして用いるガラス材にア
ニ−リングを施して歪を減少させる方法や、また、ガラ
ス材に光弾性係数の小さいものを用いる方法が従来から
行われている。

【０００７】しかし、いずれの方法においても、ガラス
材を用いている以上、そこを通過する分だけ光は影響を
受けることになる。

【０００８】ガラス材を用いない方法としては、例え
ば、図１１に示すようなタイプの偏光ビ−ムスプリッタ
が提案されている。この偏光ビ−ムスプリッタ８０は、
立方体型のケ−ス８２と、偏光膜（図示せず）が形成さ
れている基板８１とから構成されている。ケ−ス８２内
には、液体が充填されている。基板８１は、この液体中
に設けられている。

【０００９】このように、ガラス材の代わりに液体を使
用すれば、前述したようなガラス材の歪による影響がな
い。

【００１０】しかしながら、図１１に示すような、偏光
膜への入射光が通過する入射面８２ａと、偏光膜からの
反射光が通過する射出面８２ｂとが９０゜をなす偏光ビ
−ムスプリッタを構成するためには、偏光膜の設計上、
内部に充填する液体の屈折率は、１．７〜１．９程度で
なくてはならない。一般的に、このような高屈折率の液
体には、不安定なものしかない。したがって、液体が充
填されたタイプの偏光ビ−ムスプリッタを製品に組み込
む場合には、例えば、屈折率が１．５〜１．６程度の低
屈折率の液体を使用する。しかしながら、液体の屈折率
が低くなると、その分の性能の低下は、まぬがれない。
また、性能を維持しようとするならば、薄膜の設計上、
ケ−スを図１２に示すように形成し、入射光と反射光の
なす角度αを大きくする必要がある。しかし、このよう
に構成してしまうと、偏光ビ−ムスプリッタが大型にな
るだけでなく、光学系が複雑になってしまう。

【００１１】また、図１１に示したものも含めて、液体
を充填したタイプの偏光ビ−ムスプリッタは、一般的
に、液体の注入作業が煩雑で、メンテナンスが大変であ
る。したがって、ガラス材を用いる偏光ビ−ムスプリッ
タのほうが扱いやすい。

【００１２】このような問題点を考慮し、本発明の目的
は、プリズムに用いるガラス材の歪による影響をうけに
くく、しかも、占有スペ−スが小さい偏光ビ−ムスプリ
ッタを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の第１の態様によれば、予め定めた第１の偏光
成分を反射し、前記第１の偏光成分とは異なる第２の偏
光成分を透過させる偏光膜と、前記偏光膜を介して接合
した２つのプリズム群とを備え、前記２つのプリズム群
のうちの一方のプリズム群は、前記偏光膜に対して４５
°をなす第１の面と、当該第１の面に直交する第２の面
とが、交互に形成されて成り、前記２つのプリズム群の
うちの他方のプリズム群は、前記第１の面に対して平行
な第３の面と、当該第３の面に直交する第４の面とが、
交互に形成されて成ることを特徴とする偏光ビ−ムスプ
リッタが提供される。

【００１４】前記目的を達成するための本発明の第２の
態様によれば、第１の態様において、前記第１の面、前
記第２の面、前記第３の面、および、前記第４の面のそ
れぞれは、互いに面積が等しいことを特徴とする偏光ビ
−ムスプリッタが提供される。

【００１５】前記目的を達成するための本発明の第３の
態様によれば、第１または第２の態様において、前記一
方のプリズム群は、前記第１の面と前記第２の面とが交
互に連続して形成されている一つのプリズムであること
を特徴とする偏光ビ−ムスプリッタが提供される。

【００１６】前記目的を達成するための本発明の第４の
態様によれば、第１、第２または第３の態様において、
前記他方のプリズム群は、前記第３の面と前記第４の面
とが交互に連続して形成されている一つのプリズムであ
ることを特徴とする偏光ビ−ムスプリッタが提供され
る。

【００１７】前記目的を達成するための本発明の第５の
態様によれば、第１、第２、第３または第４の態様にお
いて、前記第１の面、前記第２の面、前記第３の面、お
よび、前記第４の面のうちのいずれか一つには、吸収膜
が形成されていることを特徴とする偏光ビ−ムスプリッ
タが提供される。

【００１８】

【作用】本発明の作用を第１の態様をもとに説明する
と、第１の面に非偏光が入射した場合、当該非偏光は、
偏光膜において、２つの偏光成分に分離する。そして、
一方の偏光成分は、偏光膜で反射して、第２の面から射
出し、他方の偏光成分は、偏光膜を透過して、第３の面
から射出する。そして、本発明によれば、非偏光が第１
の面に入射してから、当該非偏光が２つの偏光成分に分
かれて、第２、第３の面から射出するまでの光路が短縮
されている。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２０】図１には、本発明に係る偏光ビ−ムスプリ
ッタの第１の実施例を、画像投射装置に適用した場合の
構成例が示されている。

【００２１】この画像投射装置１は、照明系２と、第１
の実施例の偏光ビ−ムスプリッタ３と、空間光変調素子
４と、書き込み光学系５と、投射光学系６と、スクリ−
ン７とを備えている。

【００２２】照明系２には、非偏光を発する光源８と、
光源８から発せられた非偏光を反射する球面反射鏡９
と、球面反射鏡９で反射された非偏光を平行化し、偏光
ビ−ムスプリッタ３に導く平行化レンズ１０が設けられ
ている。光源８には、キセノン・ランプ、メタルハライ
ド・ランプ、または、ハロゲン・ランプ等を用いること
ができる。

【００２３】空間光変調素子４は、面内の位置を指定す
るアドレス機能、および、光変調機能の両機能を有する
ものであり、例えば、液晶ディスプレイパネルが用いら
れる。液晶ディスプレイパネルは、一般的に、透過型も
しくは反射型に大別されるが、本実施例では、光学系の
形態上、反射型のものを使用している。この透過型液晶
ディスプレイパネルは、一対の透明電極の間に、光導電
層や液晶層が設けられた構造になっている。そして、画
像情報を含んだ書き込み光が光導電層に投影されると、
その明暗に応じて光導電層の電気抵抗が場所毎に変化
し、その結果として、液晶層は、画像情報に応じた電気
光学的変調効果を示すことになる。

【００２４】書き込み光学系５には、ＣＲＴや透過型の
液晶ディスプレイパネルが用いられる。投射光学系６に
は、偏光ビ−ムスプリッタ３を通して得られた、空間光
変調素子４上の画像を、スクリ−ン７に拡大投射する投
射レンズ（図示せず）が設けられている。

【００２５】つぎに、本実施例の偏光ビ−ムスプリッタ
の構成について説明する。

【００２６】図２に示すように、本実施例の偏光ビ−ム
スプリッタは、６つの小型偏光ビ−ムスプリッタ１１ａ
〜１１ｆと、これらを固定する支持部材４０、４１とか
ら構成されている。尚、小型偏光ビ−ムスプリッタの数
については、必要に応じて増減させればよい。各小型偏
光ビ−ムスプリッタは、図３に示すように、所定の長さ
を有し、かつ、断面が直角二等辺三角形をなすプリズム
（以下、プリズムＡとする）２０と、プリズムＡ２０よ
りも若干長く、断面がプリズムＡ２０と同形のプリズム
（以下、プリズムＢとする）３０とを有して構成されて
いる。本実施例では、プリズムＡ２０およびプリズムＢ
３０のそれぞれに光学ガラスを用いている。プリズムＡ
２０の斜面には、図４に示すように、偏光膜５０が蒸着
されている。偏光膜５０には、例えば、光の吸収が少な
い誘電薄膜が用いられる。プリズムＢ３０の斜面は、接
着剤５１により偏光膜５０に接合している。接着剤５１
には、各プリズムの屈折率等の光学特性を考慮した光学
接着剤を使用している。したがって、接着剤５１は、自
身を通過する光に対して影響を与えない。また、接着材
５１とプリズムＢ３０の斜面との間にＡＲコ−ト（反射
防止膜）を蒸着してもよい。このようにすれば、偏光膜
５０を透過した光の、プリズムＢ３０の斜面における反
射を防ぐことができる。尚、プリズムＡ２０は、図３に
示すように、プリズムＢ３０の両端に若干の固定しろが
できるように当該プリズムＢ３０に接合している。

【００２７】一体化されたプリズムＡ２０、Ｂ３０は、
一つの小型偏光ビ−ムスプリッタとして、図２に示すよ
うに、互いに隣接した状態で支持部材４０、４１に固定
される。このとき、各小型偏光ビ−ムスプリッタの偏光
膜は、同一平面上に位置するようになる。尚、プリズム
Ｂ３０の両端の固定しろと支持部材４０、４１は、光学
接着剤により固定されている。

【００２８】つぎに、本実施例の画像投射装置の作用に
ついて、図１および図５を用いて説明する。尚、説明を
簡略化するため、偏光ビ−ムスプリッタ３においては、
小型偏光ビ−ムスプリッタ１１ｃ、１１ｄを中心に記述
する。

【００２９】図１において、光源８から発せられた非偏
光は、球面反射鏡９で反射し、平行化レンズ１０に供給
される。供給された非偏光は、平行化レンズ１０で平行
光束となり、偏光ビ−ムスプリッタ３に入射する。入射
した非偏光は、偏光膜５０で２つの偏光成分に分離され
る。具体的には、図５に示すように、非偏光は、プリズ
ムＡ２０の第１の面２１に入射し、その後、一方の偏光
成分（本実施例では、Ｓ偏光成分とする）が、偏光膜５
０で反射し、他方の偏光成分（本実施例では、Ｐ偏光成
分とする）が、偏光膜５０を透過する。反射されたＳ偏
光成分は、プリズムＡ２０の第２の面２２から射出し、
一方、透過したＰ偏光成分は、プリズムＢ３０の第３の
面３１から射出する。尚、Ｓ偏光成分は、偏光膜５０に
おいて、非偏光に対して直角に反射する。

【００３０】また、図５には、従来の偏光ビ−ムスプリ
ッタの外形が点線で示されている。尚、点線の途中に
は、プリズムＡ２０（３０）の大きさに対応させた目盛
が付されている。同図に示すように、本実施例では、非
偏光およびＳ偏光成分が要するプリズムＡ３０内の光路
長（ｌ）が、従来のもの（Ｌ）と比較して１／ｎ（ｎ：
小型偏光ビ−ムスプリッタの個数であり、本実施例では
「６」である）となる。また、非偏光およびＰ偏光成分
が要するプリズムＡ２０、Ｂ３０内の光路長において
も、従来と比較して１／ｎとなる。このことは、各小型
偏光ビ−ムスプリッタに対しても同様である。

【００３１】ところで、通常、偏光膜への入射光（例え
ば、前述の非偏光）と偏光膜からの反射光（例えば、前
述のＳ偏光成分）との角度を９０°にするためには、偏
光膜の設計上、偏光膜を挟む２つのプリズムに、ある程
度屈折率が高い光学ガラスを用いる必要がある。ところ
が、一般的に、高屈折率の光学ガラスにおいては、短波
長の光の吸収が多く、透過率が低い。そのため、光路長
が長くなるにつれて短波長の光（青色系の光）の透過光
量が減少してしまう。

【００３２】そこで、本実施例の偏光ビ−ムスプリッタ
によれば、プリズム内を通過する光の光路長が短縮され
るので、その分、プリズム内の光の吸収が減少し、さら
に、プリズムの歪による影響が減少する。また、プリズ
ムに用いるガラス材の容量も従来と比較して少なくな
る。

【００３３】一方、プリズムＡ２０の第２の面２２から
射出されたＳ偏光成分は、空間光変調素子４に向かって
照射される。このＳ偏光成分は、空間光変調素子４にお
いて、書き込み光学系５からの書き込み光に応じて、そ
の一部がＰ偏光に変換され、その後、プリズムＡ２０の
第２の面２２に入射する。偏光膜５０では、入射した光
のうち、Ｓ偏光成分は反射し、Ｐ偏光成分は透過する。
透過したＰ偏光成分は、プリズムＢ３０の第４の面３２
から射出される。尚、プリズムＡ２０の第２の面２２か
らプリズムＢ３０の第４の面３２までの光路長は、前述
と同様に、従来の１／ｎとなる。すなわち、この場合に
おいても、プリズムの歪による影響が減少し、また、プ
リズム内の光の吸収が減少する。

【００３４】プリズムＢ３０から射出された光は、投射
光学系６を通して拡大され、スクリ−ン７に投影され
る。尚、スクリ−ン７上の画像は、プリズムの歪による
影響が少ない分、鮮明になり、プリズム内の吸収による
影響が少ない分、明るくなる。

【００３５】つぎに、本発明に係る偏光ビ−ムスプリッ
タの第２の実施例を、図６を用いて説明する。

【００３６】本実施例では、プリズムＢ３０を複数備え
る代わりに、前述した第３の面３１および第４の面３２
が交互に、階段状に形成されている基板６０を用いてい
る。第３の面３１および第４の面３２は、第１の実施例
と同様、互いに直交している。偏光膜は、図示しない
が、基板６０の斜面に蒸着されている。偏光膜の上に
は、プリズムＡ２０が複数固定されている。また、プリ
ズムＡ２０の第１の面２１は、基板６０の第３の面３１
に対して平行になっており、また、プリズムＡ２０の第
２の面２２は、基板６０の第４の面３２に対して平行に
なっている。尚、本実施例においても、第１の実施例と
同様、反射防止膜を設けてもよい。基板６０には、例え
ば、ガラス材を用いることができる。

【００３７】本実施例によれば、基板６０自体が支持部
材の役目を果たしており、構造上の剛性が高まることに
なる。

【００３８】つぎに、本発明に係る偏光ビ−ムスプリッ
タの第３の実施例を、図７を用いて説明する。

【００３９】本実施例では、第２の実施例で用いた基板
６０と、前述した第１の面２１および第２の面２２が交
互に階段状に形成されている基板６１を用いている。こ
れらの基板は、光学接着材を用いて接合されている。本
実施例によれば、剛性が高まる上、第１、第２の実施例
と比較して、部品点数が減少する。

【００４０】つぎに、本発明に係る偏光ビ−ムスプリッ
タの第４の実施例を、図８を用いて説明する。本実施例
では、第１の実施例のプリズムＢ３０の第３の面３１に
吸収膜５３が形成されている。

【００４１】この吸収膜５３は、偏光膜５０を透過した
光を吸収する。したがって、偏光膜５０を透過した光
が、プリズムＢ３０の第３の面３１で反射し、第４の面
３２を通過する光に対して干渉してしまうということが
ない。

【００４２】以上、本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタ
の第１〜第４の実施例について記述したが、本発明は、
画像投射装置以外にも、偏光光学系を備えた光学装置に
幅広く適用することが可能である。また、偏光ビ−ムス
プリッタのプリズムには、ガラス材のほか、プラスチッ
ク等を使用してもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタによ
れば、当該偏光ビ−ムスプリッタを通過する光に対す
る、プリズムの歪およびプリズム内部の吸収による影響
が減少される。また、偏光ビ−ムスプリッタの占有スペ
−スにおいても従来と比較して小さくなる。

【００４４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第１の実
施例を用いた画像投射装置の構成例を示すブロック図。

【図２】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第１の実
施例を示した斜視図。

【図３】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第１の実
施例における小型偏光ビ−ムスプリッタ示す斜視図。

【図４】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第１の実
施例における小型偏光ビ−ムスプリッタに関する説明
図。

【図５】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第１の実
施例に関する説明図。

【図６】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第２の実
施例に関する説明図。

【図７】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第３の実
施例に関する説明図。

【図８】本発明に係る偏光ビ−ムスプリッタの第４の実
施例に関する説明図。

【図９】従来の偏光ビ−ムスプリッタに関する説明図。

【図１０】従来の偏光ビ−ムスプリッタを用いた画像投
射装置の構成例を示すブロック図。

【図１１】従来の偏光ビ−ムスプリッタに関する説明
図。

【図１２】従来の偏光ビ−ムスプリッタに関する説明
図。

【符号の説明】

１：画像投射装置、 ２、７５：照明系、 ３、７０、
８０：偏光ビ−ムスプリッタ、 ４、７７：空間光変調
素子、 ５、７６：書き込み光学系、 ６、７８：投射
光学系、 ７、７４：スクリ−ン、 ８：光源、 ９：
球面反射鏡、１０：平行化レンズ、 １１ａ〜１１ｆ：
小型偏光ビ−ムスプリッタ、 ２０：プリズムＡ、 ３
０：プリズムＢ、 ４０、４１：支持部材、 ５０、７
１：偏光膜、 ５１：接着材、５３、吸収膜、 ６０、
６１、８１：基板、 ７２、７３：プリズム、 ８２：
ケ−ス、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 及川 義朗 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め定めた第１の偏光成分を反射し、前記
   第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を透過させる
   偏光膜と、前記偏光膜を介して接合した２つのプリズム
   群とを備え、 前記２つのプリズム群のうちの一方のプリズム群は、前
   記偏光膜に対して４５°をなす第１の面と、当該第１の
   面に直交する第２の面とが、交互に形成されて成り、 前記２つのプリズム群のうちの他方のプリズム群は、前
   記第１の面に対して平行な第３の面と、当該第３の面に
   直交する第４の面とが、交互に形成されて成ることを特
   徴とする偏光ビ−ムスプリッタ。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第１の面、前記第
   ２の面、前記第３の面、および、前記第４の面のそれぞ
   れは、互いに面積が等しいことを特徴とする偏光ビ−ム
   スプリッタ。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記一方のプリズム群は、前記第１の面と前記第２の面
   とが交互に連続して形成されている一つのプリズムであ
   ることを特徴とする偏光ビ−ムスプリッタ。
4. 【請求項４】請求項１、２または３において、 前記他方のプリズム群は、前記第３の面と前記第４の面
   とが交互に連続して形成されている一つのプリズムであ
   ることを特徴とする偏光ビ−ムスプリッタ。
5. 【請求項５】請求項１、２、３または４において、 前記第１の面、前記第２の面、前記第３の面、および、
   前記第４の面のうちのいずれか一つには、吸収膜が形成
   されていることを特徴とする偏光ビ−ムスプリッタ。