JPH1031111A

JPH1031111A - 偏光分離装置及びそれを用いた投射表示装置

Info

Publication number: JPH1031111A
Application number: JP8185038A
Authority: JP
Inventors: Mikio Okamoto; 幹夫岡本; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】安価で偏光分離特性に優れ、かつ明るく、画
像むらのない偏光分離装置及び投射型表示装置を提供す
ることにある。【解決手段】ガラス基板１の両面に光学薄膜２を形成
した複数の偏光膜基板と、該偏光膜基板を装着する枠３
と、前記偏光膜基板の各々を入射光軸に沿って入射する
Ｐ偏光に対して略ブリュスター角になるように前記枠
に、空気間隔を設けてジグザグ状に配置された複数のジ
グザグ状偏光分離装置を対向させて配置し、前記複数の
ジグザグ状偏光分離装置の少なくとも１組は、入射光軸
に対してその各々のジグザグ形状の山部及び谷部の位置
が互いに異なるように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自然光のようなラン
ダム偏光光が入射すると直線偏光光に近い光が出射する
偏光分離装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ランダム偏光光が入射して直線偏
光に近い偏光光が出力される装置の例として、特開平５
−１５７９１５号公報に示す装置が知られている。この
装置は、ガラス基板の両面に屈折率の高い例えば酸化チ
タン（ＴｉＯ₂）薄膜を単層形成され、入射光を対し疑
似ブリュスター角（前述の公報では一般的なブリュース
ター角と区別し疑似ブリュスター角と呼んでいる）近傍
の入射角度で入射させて透過するＰ偏光光と反射するＳ
偏光光に分離する装置である。特性的にはガラス製プリ
ズムを用いた偏光分離装置には及ばないものの、板基板
に真空蒸着法等により比較的簡単に膜形成が可能である
ことより、偏光光学系の投射装置の予備偏光分離装置と
して使用されている。更には、ブリュスター角は７０度
近傍のため、板状装置をこの入射角で配置すると空間が
かなり必要になる点を改良した装置として一枚の偏光分
離装置をジグザグ形状に折り曲げ、さらにこれを複数枚
重ねて偏光分離効率を向上させた例が知られている。図
８にこの装置の構成を示す。この装置はジグザグ状に並
行に配置された２枚の偏光装置から構成されている。

【０００３】ジグザグ状に配置されたガラス板基板の両
面には単層膜が形成されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
２枚重ね合わせたジグザグ状偏光分離装置の構成では、
ジグザグ形状の山部及び谷部が互いに一致して重ね合し
ているため装置はコンパクトになるが、コントラスト低
下や画像むらが生じるという問題がある。さらに、前記
したように板基板表面に高屈折率の膜をコートした偏光
分離装置はプリズムの偏光分離装置に比して偏光分離特
性は良いとはいえず満足できるものではなかった。

【０００５】本発明の目的は、安価で偏光分離特性に優
れ、かつ明るく、画像むらのない偏光分離装置及び投射
型表示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記要求、問題を解決す
るため本発明における偏光分離装置の請求項１は、ガラ
ス基板の両面に光学薄膜を形成した複数の偏光膜基板
と、該偏光膜基板を装着する枠と、前記偏光膜基板の各
々を入射光軸に沿って入射する光線に対して略ブリュス
ター角になるように前記枠に、ジグザグ状に配置すると
共に空気間隔を設けて１組のジグザグ状偏光分離装置を
配置し、前記複数のジグザグ状偏光分離装置の少なくと
も１組は、入射光軸に対してその各々のジグザグ形状の
山部及び谷部の位置が互いに異なるように配置したこと
を特徴とする。

【０００７】本発明の偏光分離装置の請求項２は、請求
項１記載に加え、前記偏光膜基板が高屈折率物質と低屈
折率物質とからなる２層以上の多層膜を形成したことを
特徴とする。本発明の偏光分離装置の請求項３は、光源
と、該光源から出射する光から直線偏光成分を取り出す
偏光分離装置と、該偏光分離装置からの直線偏光成分を
ＲＧＢの三色光に分離する偏光分離手段と、該偏光分離
手段から出射されたＲＧＢの各色光を変調するライトバ
ルブと、該ライトバルブから出射した光をスクリーンに
投射する投射レンズとを有し、前記偏光分離装置は請求
項１、２のいずれかに記載の投射型表示装置。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係わる偏光装置の実施の
形態について説明する。図１は、本発明の偏光分離装置
の基本構成である。ガラス基板の両面に偏光膜を形成し
た複数の偏光膜基板を入射光軸に対して略ブリュスター
角になるように配置した１組のジグザグ状の偏光分離装
置とし、その１組のジグザグ状偏光分離装置が互いに入
射光軸に対して変位量Δずらした配置構成である。

【０００９】これらジグザグ状の偏光分離装置の１組を
入射光軸に対して並列に配置するとともにその際、前段
と後段の偏光分離装置の山と谷の位置が一致しないよう
に配置した。ジグザグ形状の山及び谷部においては、偏
光分離装置は連続しているわけでなく、当該部ではガラ
ス片部の端部がそれぞれ傾きに応じて配置されるため露
出することになる。また、この部分には偏光分離する薄
膜は形成されておらず、偏光分離のむらを形成してしま
う。さらに、板片部材の端部は隣の板片部材と接触でき
る保証はなく、取り付け誤差による空間が形成される。
図８に示した従来例においては、その空間部が前段と後
段で重なることになるため、一部偏光分離されない部分
が形成され、投射表示装置などに使用した場合、投射さ
れた画像のむらが生じることになる。本発明の実施の
形態では、この欠点による影響を最小にするために、前
段のジグザグ形状の山部又は谷部と後段の山部又は谷部
の位置をずらして配置したものである。この相対的のず
れ量Δは、わずかにずらすだけでも画像むらに対して効
果的であり、最大でも１／２ピッチ以内である。このず
れ量が大きくなればなるほど偏光装置の厚み方向が厚く
なるので装置が大きくなり、コンパクト性には不利にな
る。前段のジグザグ形状の谷部又は山部における偏光分
離されない部分は、後段においては必ず偏光分離される
膜形成の部分に所定角度で入射されるようにしたため、
少なくとも一回は必ず偏光分離作用を受けて本実施例の
偏光分離装置を出射することになる。図２には、複数の
偏光基板が装着された枠とその枠に２個のジグザグ状の
偏光分離装置を対向させて配置させた構成を示した。本
発明の実施の形態では２個のジグザグ形状偏光装置を並
べた偏光装置としたが、２個に限定する必要はない。３
個以上のジグザグ形状の偏光装置を使用しても良いこと
はいうまでもない。

【００１０】次に、偏光装置基板の偏光膜の構成につい
て、図３を用いて説明する。本発明の偏光基板の構成
は、ガラス基板１の少なくとも片面に高屈折率膜ｎHと
低屈折率膜ｎLとからなる多層膜３を形成し、入射光線
に対してほぼブルースター角となるように配置とした。
詳細については実施例１から３に後述する。また、偏光
膜の偏光分離特性は、いくつかの多層膜をガラス基板上
に形成し、波長領域４００ｎｍ〜６５０ｎｍにおいて分
光透過率特性を測定し、Ｐ偏光透過率とＳ偏光透過率と
の比（以下、消光比と呼ぶ）により示した。

【００１１】図６には、各実施例の偏光分離特性を示し
た。縦軸は偏光分離比（Ｐ偏光／Ｓ偏光）、横軸に波長
４００〜７００ｎｍを示した。なお、図には比較例とし
て、従来の偏光分離膜構成の時の偏光分離特性も示し
た。その偏光分離膜は、基板の厚さ１ｍｍ、屈折率１．
５２のガラス基板１０１の片面に屈折率２．３のＴｉＯ
₂膜の膜厚５９７オングストロームを形成した。また、
偏光分離特性は、光軸に対し７７．２度を中心に±５度
の入射角度における４０〜７０ｎｍの波長領域における
分光透過率測定結果から求めたものである。数パーセン
トと僅かではあるがＳ偏光の透過率が減少し、偏光分離
特性が上昇することが理解できる。

【００１２】さらに、図７は、本発明の偏光分離装置を
使用した投射型表示装置を示した。以下、実施例１から
実施例４ついて具体的に説明する。

【００１３】

【実施例１】図３に本発明の実施例１を示す。屈折率
１．５２の厚さ１ｍｍのガラス基板１の片面に基板側か
ら第１層に低屈折率層ｎL（屈折率１．３７）のＭｇＦ₂
膜を膜厚１４００オングストローム形成、さらにその上
に第２層に高屈折率層ｎH（屈折率２．３）のＴｉＯ₂膜
を膜厚５９７オングストローム形成し、入射角として７
２．７度に傾斜して配置したものである。図５は入射角
度７７．２度を中心として±５度の６７．５度及び７
７．２度における分光透過率特性を示した。また、偏光
分離特性は図６中に示す。

【００１４】従来例に比較して約１０パーセントＳ偏光
の透過率が減少し、Ｐ偏光の透過率も若干上昇し、偏光
分離性能が向上している。

【００１５】

【実施例２】図示していないが、本発明の実施例２につ
いて説明する。実施例１と同様に二層多層膜構成である
が、膜種が異なる例である。ガラス基板１の片側に第１
層に低屈折率層ｎL（屈折率１．４７）のＳｉＯ₂膜を膜
厚１２００オングストローム形成、さらにその上に第２
層に高屈折率層ｎH（屈折率２．３）のＴｉＯ₂膜を膜厚
５９７オングストローム形成した。入射角として７２．
２度に傾斜して配置したものである。偏光分離特性を図
６中に示す。

【００１６】従来例に比較して僅かであるが数パーセン
トＳ偏光の透過率が減少し、Ｐ偏光の透過率も若干上昇
し、偏光分離性能が向上していることが理解できる。

【００１７】

【実施例３】図４に本発明の実施例３を示す。実施例１
と同様な屈折率１．５２の厚さ１ｍｍのガラス基板１の
片面に基板側から第１層に高屈折率層ｎH（屈折率２．
３）のＴｉＯ₂膜を膜厚２７０オングストローム、第２
層に低屈折率層ｎL（屈折率１．３７）のＭｇＦ₂膜を膜
厚２００オングストローム、第３層に高屈折率層ｎHの
ＴｉＯ₂膜を膜厚８２５オングストローム、第４層に低
屈折率層ｎLのＭｇＦ₂膜を膜厚１３８０オングストロー
ム、第５層に高屈折率層ｎHのＴｉＯ₂膜を膜厚６００オ
ングストロームを形成し、光軸に対し７２．２度に傾斜
配置した偏光分離装置である。この偏光装置の偏光分離
特性を図６中に示した。消光比は従来に比較し数倍改良
する。Ｐ偏光の透過率が若干減少するものの、Ｓ偏光の
透過率が従来例より２０パーセント近く少なくなり結果
として偏光分離特性が向上する。

【００１８】このように本発明の実施の形態によれば、
従来例と比較して数倍良好な偏光分離特性を得ることが
できた。このように実施例１〜３にて示した例は、一枚
のガラス基板上の少なくとも片面に２層以上の薄膜を形
成した例であった。これらは従来の同形状の偏光装置に
比して、格段に偏光分離比が優れていることが判った。
しかしながら、１枚の偏光膜基板の配置が光軸に対し、
略ブリュスター角になるように略７０度と大きな傾斜さ
せた配置とすると大きな空間が必要となってしまう。こ
れらの欠点を改良した偏光分離装置の構成として、既に
本発明の実施の形態の図１にて述べたように、ガラス基
板の両側に基板側からＭｇＦ₂膜、その上にＴｉＯ₂膜を
形成した形態の偏光装置を長さ方向に寸断し、それぞれ
の部材をジグザグ形状にそれぞれが光軸に対しブリュス
ター角になるように配置した。その上さらに、２つのジ
グザグ状偏光分離装置を並列にならべ、かつ２つのジグ
ザグ状偏光分離装置の各谷、山部が重ならないような構
成とした。この構成により、スクリーン上に投射される
画像のムラが少なくなると共に、明るくコンパクトな偏
光装置が実現できる。

【００１９】以下、本発明の偏光装置を投射型表示装置
に用いた実施例について説明する。

【００２０】

【実施例４】図７は、第４の実施例を示す。本実施例
は、実施例１〜３までの偏光膜構成に基づいてなされた
本発明の実施の形態である偏光分離装置を使用した投射
型表示装置である。光源７１から出射された白色光は図
示しない紫外線及び赤外線カットフィルターを介して本
発明の実施例において示した偏光分離装置７２にてＳ偏
光光はほとんど反射廃棄され、Ｐ偏光のみ透過されて三
色分離光学系に入射される。まずＢ光反射ダイクロイッ
クミラー７３ＢにてＢ光のみ反射し、偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）７４Ｂに入射される。ダイクロイックミ
ラーを透過したＲ光はＲ光反射ダイクロイックミラー７
３にてＲ光のみ反射し、ＰＢＳ７４Ｒに入射される。

【００２１】偏光分離装置７２によって前記の実施例に
て示す偏光分離効果によって大部分のＰ偏光（第１偏
光）は透過し、透過するＳ偏光（第２偏光）は数パーセ
ントである。この構造の投射装置においてはＰＢＳ７４
Ｂ、７３Ｒ、７４Ｇには第１偏光は偏光分離部によって
反射する偏光であり、第２偏光は当該偏光分離部によっ
て透過する偏光に該当する。前段たる偏光装置によって
大部分の第２偏光は取り除かれた形で各ＰＢＳに入射さ
れるため、各ＰＢＳの持つ偏光分離特性によって分離さ
れて反射される光中の第２偏光成分はごくわずかとな
り、優れた第１偏光光がライトバルブ７５Ｂ、７５Ｒ、
７５Ｇに読み出し光として入射される。ライトバルブ７
５Ｂ、ライトバルブ７５Ｒ、ライトバルブ７５Ｇは反射
型ライトバルブであり、図示しない入射光でなる書き込
み信号光によって読み出し光を変調させ、入射する第１
偏光光を投射光である第２変調光として反射、出射させ
る機能を持つ。各ライトバルブからの出射光は再度ＰＢ
Ｓ７４Ｂ、７４Ｒ、７４Ｇに入射、変調された第２変調
光のみ偏光分離部を透過し、各色毎に設置された投射レ
ンズ７６Ｂ、７６Ｒ、７６Ｇにてスクリーン上にそれぞ
れ重ねられて投射させる。

【００２２】偏光分離装置７２は前記のように各ＰＢＳ
への入射する光の偏光度を前もって上げる効果を有する
ため、各ＰＢＳにて偏光分離されライトバルブに入射す
る光の偏光度が上昇することとなる。その結果、画像む
らやコントラストの良好な投射像を得ることができる。
各ライトバルブに入射する光の偏光度が悪いとライトバ
ルブが理想的に黒状態であっても、黒状態の投射像を形
成することができなくなり、コントラストが低下した
り、画像むらの原因となる。

【００２３】本投射装置では反射型ライトバルブを使用
した例を示したが、透過型のライトバルブ、即ち、透過
型の液晶パネルを使用した投射装置の場合にも適応でき
ることはいうまでもない。即ち、透過パネルはそれぞれ
のＲ、Ｇ、Ｂの色毎に３個配置され、これらパネルによ
る変調透過光を投射レンズにて投射する装置である。そ
の際、各パネルを透過した各色毎の変調透過光はダイク
ロイックプリズム等から構成される色合成光学系にて色
合成され、単一の投射レンズにてスクリーン上に投射さ
れる。各色用の液晶パネルはその両面をクロスニコルを
形成する偏光板にて挟み込まれてライトバルブを構成す
る。本発明の投射型表示装置の場合にも三色分離光学系
の直前に前述した発明の実施の形態の偏光分離装置を配
置する。その配置の方向は液晶パネルの前面の偏光板の
透過する偏光光を、当該偏光分離装置が主に出射する方
向である。このような構成とすることにより、液晶パネ
ル前面の偏光板にて吸収される偏光光が前もって廃棄で
きるため、光源光としてパワーの大なるものを使用する
ことができるようになる。偏光分離装置がないとすると
パネル前面の偏光板の透過する偏光以外の偏光光が偏光
板にて吸収されることとなり、光源パワーが大きいとき
は偏光板自体がその吸収熱で融けたり、偏光板としての
機能を無くしてしまうことになるからである。

【００２４】この投射装置の場合では、光源として高出
力が可能になるため非常に明るい投射像を得ることがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の偏光分離装置を使用すれば、従
来の偏光分離装置に比べ偏光分離機能の高い偏光装置を
提供できることになる。この装置を投射装置に使用すれ
ば、従来の装置よりコントラストが高く、画像むらのな
い投射装置が提供できるほかに、投射像の明るい投射装
置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光分離装置の基本構成図。

【図２】本発明の偏光分離装置の概念構成図。

【図３】本発明の実施例１に示す偏光膜の構成図。

【図４】本発明の実施例３に示す偏光膜の構成図。

【図５】本発明の偏光分離装置の可視波長領域に対する
分光透過率特性。

【図６】本発明の実施例１〜３で示した偏光膜の可視波
長領域に対する偏光分離特性図。

【図７】本発明の偏光分離装置を用いた投射型表示装置
の構成図。

【図８】従来の偏光分離装置を示す図。

【符号の説明】

１ガラス基板２偏光分離用多層膜３偏光分離装置の枠７２偏光分離装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板の両面に光学薄膜を形成した
複数の偏光膜基板と、該偏光膜基板を装着する枠と、前
記偏光膜基板の各々を入射光軸に沿って入射するＰ偏光
に対して略ブリュスター角になるように前記枠に、空気
間隔を設けてジグザグ状に配置された複数のジグザグ状
偏光分離装置を対向させて配置し、前記複数のジグザグ
状偏光分離装置の少なくとも１組は、入射光軸に対して
その各々のジグザグ形状の山部及び谷部の位置が互いに
異なるように配置したことを特徴とする偏光分離装置。
【請求項２】前記偏光膜基板は、高屈折率物質と低屈折
率物質とからなる２層以上多層膜を形成したことを特徴
とする請求項１記載の偏光分離装置。
【請求項３】光源と、該光源から出射する光から直線
偏光成分を取り出す偏光分離装置と、該偏光分離装置か
らの直線偏光成分をＲＧＢの三色光に分離する偏光分離
手段と、該偏光分離手段から出射されたＲＧＢの各色光
を変調するライトバルブと、該ライトバルブから出射し
た光をスクリーンに投射する投射レンズとを有し、前記
偏光分離装置は請求項１、２のいずれかに記載の投射型
表示装置。