JP4162032B2 - Light reflection type polarizer and projector using the same - Google Patents
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Description
本発明は、画像を表示するプロジェクタに関し、特に、液晶装置の光入射面側および/または光射出面側に配置される偏光子に関する。 The present invention relates to a projector that displays an image, and more particularly to a polarizer disposed on a light incident surface side and / or a light exit surface side of a liquid crystal device.
プロジェクタでは、液晶装置(液晶パネル)を含む液晶ライトバルブが用いられている。液晶装置の光入射面側および光射出面側には、通常、偏光子が配置される。偏光子は、所定の偏光光を透過させ、他の光を除去する機能を有している。 In the projector, a liquid crystal light valve including a liquid crystal device (liquid crystal panel) is used. A polarizer is usually disposed on the light incident surface side and the light exit surface side of the liquid crystal device. The polarizer has a function of transmitting predetermined polarized light and removing other light.
プロジェクタの偏光子としては、通常、光吸収型の偏光板が用いられている。このような偏光板としては、例えば、ヨウ素分子または染料分子を含むフィルムを一軸延伸して形成された偏光板が用いられている。なお、光吸収型の偏光板は、消光比が比較的高く、入射角依存性が比較的小さいが、耐光性および耐熱性に劣るという特徴を有している。 As a polarizer of a projector, a light absorption type polarizing plate is usually used. As such a polarizing plate, for example, a polarizing plate formed by uniaxially stretching a film containing iodine molecules or dye molecules is used. Note that the light-absorbing polarizing plate has a characteristic that the extinction ratio is relatively high and the incident angle dependency is relatively small, but the light resistance and heat resistance are poor.
ところで、近年、プロジェクタの画像の明るさの向上や小型化が要望されており、光源装置の高出力化や、液晶装置の小型化等が進められている。このため、偏光板に入射する光の光束量が大きくなり、光束密度が大きくなっている。換言すれば、偏光板に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなっている。 Incidentally, in recent years, there has been a demand for improvement in image brightness and downsizing of projector images, and higher output of light source devices and downsizing of liquid crystal devices have been promoted. For this reason, the light flux amount of the light incident on the polarizing plate is increased, and the light flux density is increased. In other words, the intensity of light per unit area incident on the polarizing plate is increased.
このように、偏光板に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなると、偏光板にかかる熱的負荷が増大する。これは、光吸収型の偏光板は、不要な光を吸収することによって除去しており、吸収された光は熱に変換されるためである。したがって、光吸収型の偏光板を用いる場合には、耐光性および耐熱性が低いため、偏光板の特性を長期間維持することが困難であるという問題があった。このため、プロジェクタは、コントラストが高く、明るい画像を長期間安定して表示できないという問題があった。 Thus, when the intensity of light per unit area incident on the polarizing plate increases, the thermal load on the polarizing plate increases. This is because the light absorption type polarizing plate is removed by absorbing unnecessary light, and the absorbed light is converted into heat. Therefore, when a light absorption type polarizing plate is used, there is a problem that it is difficult to maintain the characteristics of the polarizing plate for a long period of time because of low light resistance and heat resistance. For this reason, the projector has a problem that the contrast is high and a bright image cannot be stably displayed for a long time.
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、偏光子の耐光性や耐熱性を向上させることにより、コントラストが高く、明るい画像を安定して表示できるプロジェクタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and provides a projector capable of stably displaying a high-contrast and bright image by improving the light resistance and heat resistance of a polarizer. The purpose is to do.
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第1の装置は、プロジェクタであって、光源装置と、前記光源装置からの光を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側にそれぞれ配置された2つの偏光子と、前記電気光学装置からの光を投写する投写光学系と、を備え、前記2つの偏光子のうちの少なくとも一方は、構造複屈折型偏光板であることを特徴とする。 In order to solve at least a part of the above-described problems, a first device of the present invention is a projector, which is a light source device, an electro-optical device that modulates light from the light source device, and light of the electro-optical device. Two polarizers disposed on the incident surface side and the light exit surface side, respectively, and a projection optical system that projects light from the electro-optical device, and at least one of the two polarizers has a structure It is a birefringent polarizing plate.
なお、構造複屈折型偏光板は、形状複屈折型偏光板や形態複屈折型偏光板などと呼称される場合もある。 The structural birefringent polarizing plate is sometimes referred to as a shape birefringent polarizing plate or a form birefringent polarizing plate.
このプロジェクタでは、構造複屈折型偏光板が用いられている。構造複屈折型偏光板は、光を殆ど吸収しないため、耐光性および耐熱性が比較的高い。したがって、光源装置の光出力を大きくしたり、電気光学装置を小型化したりすることによって、偏光子に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなった場合にも、プロジェクタは、コントラストが高く、明るい画像を安定して表示することができる。 In this projector, a structural birefringent polarizing plate is used. Since the structural birefringent polarizing plate hardly absorbs light, it has relatively high light resistance and heat resistance. Therefore, even when the light intensity per unit area incident on the polarizer is increased by increasing the light output of the light source device or reducing the size of the electro-optical device, the projector has a high contrast, Bright images can be displayed stably.
なお、電気光学装置の光入射面側に設けられた偏光子に偏りのない光が入射する場合には、光入射面側の偏光子にかかる熱的負荷が光射出面側の偏光子にかかる熱的負荷よりも大きくなる。このような場合には、電気光学装置の少なくとも光入射面側に構造複屈折型偏光板を設けるとよい。 In addition, when light with no polarization is incident on the polarizer provided on the light incident surface side of the electro-optical device, a thermal load applied to the light incident surface side polarizer is applied to the light exit surface side polarizer. It becomes larger than the thermal load. In such a case, a structural birefringent polarizing plate is preferably provided at least on the light incident surface side of the electro-optical device.
また、電気光学装置の光入射面側に設けられた偏光子に所定の偏光光が入射する場合には、光射出面側の偏光子にかかる熱的負荷が光入射面側の偏光子にかかる熱的負荷よりも大きくなる。このような場合には、電気光学装置の少なくとも光射出面側に構造複屈折型偏光板を設けるとよい。 In addition, when predetermined polarized light is incident on a polarizer provided on the light incident surface side of the electro-optical device, a thermal load applied to the light exit surface side polarizer is applied to the light incident surface side polarizer. It becomes larger than the thermal load. In such a case, a structural birefringent polarizing plate is preferably provided at least on the light exit surface side of the electro-optical device.
上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、ワイヤグリッド型偏光板であってもよい。 In the above apparatus, the structural birefringent polarizing plate may be a wire grid polarizing plate.
ワイヤグリッド型偏光板は構造が単純なので、構造複屈折型偏光板を容易に製造することができる。 Since the structure of the wire grid type polarizing plate is simple, the structural birefringent polarizing plate can be easily manufactured.
また、上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、透明結晶基板と、前記透明結晶基板上に所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体と、を備えるようにしてもよい。 In the above apparatus, the structural birefringent polarizing plate may include a transparent crystal substrate and a fine structure periodically formed on the transparent crystal substrate along a predetermined direction. .
透明結晶基板は比較的熱伝導率が高いため、構造複屈折型偏光板が光を吸収することによって生じた熱を速やかに放出することができる。なお、透明結晶基板としては、例えば、サファイア基板や水晶基板を使用できる。 Since the transparent crystal substrate has a relatively high thermal conductivity, the structural birefringent polarizing plate can quickly release the heat generated by absorbing light. As the transparent crystal substrate, for example, a sapphire substrate or a quartz substrate can be used.
上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置されているようにしてもよい。 In the above apparatus, the structural birefringent polarizing plate may be arranged obliquely with respect to a central axis of light that illuminates the electro-optical device.
このように、構造複屈折型偏光板を斜めに配置すれば、入射する光に対する微細構造体のピッチを実質的に小さくすることができるので、構造複屈折型偏光板の光学特性を向上させることが可能となる。 Thus, if the structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely, the pitch of the fine structure with respect to incident light can be substantially reduced, so that the optical characteristics of the structural birefringent polarizing plate are improved. Is possible.
上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、前記中心軸に対して約45度の傾斜角で配置されていてもよい。 In the above apparatus, the structural birefringent polarizing plate may be disposed at an inclination angle of about 45 degrees with respect to the central axis.
こうすれば、構造複屈折型偏光板を透過した光を電気光学装置で利用する場合には、構造複屈折型偏光板で反射された不要な光は上記の中心軸に対して約90度の方向に射出されるので、不要な光が他の光学素子に悪影響を及ぼすことがない。また、構造複屈折型偏光板で反射された光を電気光学装置で利用することも可能となる。 In this case, when light transmitted through the structural birefringent polarizing plate is used in an electro-optical device, unnecessary light reflected by the structural birefringent polarizing plate is about 90 degrees with respect to the central axis. Since the light is emitted in the direction, unnecessary light does not adversely affect other optical elements. Further, the light reflected by the structural birefringent polarizing plate can be used in the electro-optical device.
あるいは、上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、複数の領域に分割されており、前記複数の領域のうちの少なくとも一部は、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置されているようにしてもよい。 Alternatively, in the above device, the structural birefringent polarizing plate is divided into a plurality of regions, and at least a part of the plurality of regions is relative to a central axis of light that illuminates the electro-optical device. May be arranged obliquely.
こうすれば、構造複屈折型偏光板を斜めに配置する場合にも、構造複屈折型偏光板の厚み(すなわち、電気光学装置の光入射面と垂直な方向における寸法)を比較的小さくすることができる。なお、複数の領域の一部は、電気光学装置を照明する光の中心軸と直交(すなわち、電気光学装置の光入射面と平行)していてもよい。 In this way, even when the structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely, the thickness of the structural birefringent polarizing plate (that is, the dimension in the direction perpendicular to the light incident surface of the electro-optical device) should be relatively small. Can do. Note that some of the plurality of regions may be orthogonal to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device (that is, parallel to the light incident surface of the electro-optical device).
上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板の前記複数の領域のうちの少なくとも一部は、前記中心軸に対して約45度の傾斜角で配置されていてもよい。 In the above apparatus, at least a part of the plurality of regions of the structural birefringent polarizing plate may be arranged at an inclination angle of about 45 degrees with respect to the central axis.
こうすれば、構造複屈折型偏光板を透過した光を電気光学装置で利用する場合には、構造複屈折型偏光板で反射された光は、上記の中心軸に対して約90度の方向に射出されるので、このような光が他の光学素子に悪影響を及ぼすことがない。あるいは、構造複屈折型偏光板で反射された光の有効利用を考慮すれば、このような光を光源装置に戻して再利用することもできる。 In this case, when the light transmitted through the structural birefringent polarizing plate is used in an electro-optical device, the light reflected by the structural birefringent polarizing plate has a direction of about 90 degrees with respect to the central axis. Therefore, such light does not adversely affect other optical elements. Alternatively, in consideration of effective use of light reflected by the structural birefringent polarizing plate, such light can be returned to the light source device and reused.
上記の装置において、さらに、前記構造複屈折型偏光板の光射出面側には、光吸収型偏光板が配置されていることが好ましい。 In the above apparatus, it is preferable that a light absorbing polarizing plate is further disposed on the light exit surface side of the structural birefringent polarizing plate.
構造複屈折型偏光板の光学特性は、入射角依存性や波長依存性が比較的大きい。一方、光吸収型偏光板の光学特性は、入射角依存性や波長依存性が比較的小さい。したがって、光吸収型偏光板を併用すれば、構造複屈折型偏光板の入射角依存性や波長依存性を補償することができるので、耐光性および耐熱性に優れ、かつ、光学特性に優れた偏光子を得ることができる。なお、構造複屈折型偏光板と光吸収型偏光板とは、光学的に一体化されていてもよい。こうすれば、両者の界面で生じる光損失を低減させることができる。光吸収型偏光板としては、例えば、ヨウ素または染料を含む材料からなる偏光板を用いることができる。 The optical characteristics of the structural birefringent polarizing plate have a relatively large incident angle dependency and wavelength dependency. On the other hand, the optical characteristics of the light absorption type polarizing plate are relatively small in incident angle dependency and wavelength dependency. Therefore, if a light absorbing polarizing plate is used in combination, the incident angle dependency and wavelength dependency of the structural birefringent polarizing plate can be compensated, so that the light resistance and heat resistance are excellent, and the optical characteristics are excellent. A polarizer can be obtained. The structural birefringent polarizing plate and the light absorption polarizing plate may be optically integrated. In this way, it is possible to reduce the optical loss that occurs at the interface between the two. As the light absorption type polarizing plate, for example, a polarizing plate made of a material containing iodine or a dye can be used.
上記の装置において、前記光吸収型偏光板の光射出面側には、透明結晶基板が配置されており、前記透明結晶基板は、前記光吸収型偏光板と密着していることが好ましい。 In the above apparatus, it is preferable that a transparent crystal substrate is disposed on the light emission surface side of the light absorption polarizing plate, and the transparent crystal substrate is in close contact with the light absorption polarizing plate.
光吸収型偏光板を比較的大きな熱伝導率を有する透明結晶基板と密着した状態で配置すれば、光吸収型偏光板の光吸収によって生じた熱を放出し易くなるので、光吸収型偏光板で生じた熱に起因する構造複屈折型偏光板および光吸収型偏光板自体の光学特性の劣化を低減させることができる。
If the light-absorbing polarizing plate is disposed in close contact with a transparent crystal substrate having a relatively large thermal conductivity, heat generated by light absorption of the light-absorbing polarizing plate can be easily released. Degradation of the optical characteristics of the structural birefringent polarizing plate and the light absorbing polarizing plate itself due to the heat generated in
あるいは、上記の装置において、さらに、前記構造複屈折型偏光板の光射出面側には、光反射型偏光板が配置されていてもよい。 Or in said apparatus, the light reflection type polarizing plate may be arrange | positioned further at the light-projection surface side of the said structural birefringent polarizing plate.
なお、光反射型偏光板は、複屈折性を有する薄膜と複屈折性を有しない薄膜とを複数積層した層状偏光板であってもよい。 The light reflection type polarizing plate may be a layered polarizing plate in which a plurality of thin films having birefringence and thin films not having birefringence are stacked.
このように、光吸収型偏光板に代えて、光反射型偏光板を併用しても、構造複屈折型偏光板の入射角依存性や波長依存性を補償することができるので、耐光性および耐熱性に優れ、かつ、光学特性に優れた偏光子を得ることができる。 Thus, even if a light reflection type polarizing plate is used in place of the light absorption type polarizing plate, the incident angle dependency and wavelength dependency of the structural birefringence type polarizing plate can be compensated for. A polarizer having excellent heat resistance and excellent optical properties can be obtained.
本発明の第2の装置は、プロジェクタであって、光源装置と、前記光源装置からの光を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側にそれぞれ配置された2つの偏光子と、前記電気光学装置からの光を投写する投写光学系と、を備え、前記2つの偏光子のうちの少なくとも一方は、非平行な状態で対向する光入射面および光射出面を有する第1のプリズムと、前記第1のプリズムの光射出面側に配置された光反射型偏光板と、を備え、前記光反射型偏光板は、前記第1のプリズムから射出された光を偏光方向が異なる2種類の偏光光に分離して、第1の偏光光を透過させるとともに第2の偏光光を反射させ、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面との成す角度は、前記光反射型偏光板で反射されて前記第1のプリズム内に戻った前記第2の偏光光が前記光入射面で全反射するように、設定されていることを特徴とする。 A second device of the present invention is a projector, and is disposed on a light source device, an electro-optical device that modulates light from the light source device, and a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device, respectively. Two polarizers and a projection optical system for projecting light from the electro-optical device, and at least one of the two polarizers has a light incident surface and a light exit that face each other in a non-parallel state. A first prism having a surface, and a light reflection type polarizing plate disposed on a light emission surface side of the first prism, wherein the light reflection type polarizing plate is emitted from the first prism. The light is separated into two types of polarized light having different polarization directions, the first polarized light is transmitted and the second polarized light is reflected, and the light incident surface and the light exit surface of the first prism are The angle formed by is reflected by the light reflective polarizing plate Serial as the first and the second polarized light back to the prism is totally reflected at the light incident surface, characterized in that it is set.
このプロジェクタでは、光反射型偏光板を有する光反射型偏光子が用いられている。この偏光子は、光を殆ど吸収しないため、耐光性および耐熱性が比較的高い。したがって、光源装置の光出力を大きくしたり、電気光学装置を小型化したりすることによって、偏光子に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなった場合にも、プロジェクタは、コントラストが高く、明るい画像を安定して表示することができる。 In this projector, a light reflection type polarizer having a light reflection type polarizing plate is used. Since this polarizer hardly absorbs light, it has relatively high light resistance and heat resistance. Therefore, even when the light intensity per unit area incident on the polarizer is increased by increasing the light output of the light source device or reducing the size of the electro-optical device, the projector has a high contrast, Bright images can be displayed stably.
また、この偏光子を用いれば、光反射型偏光板で反射された第2の偏光光は、プリズムの光入射面から外部に射出されない。したがって、この光反射型偏光子をプロジェクタの電気光学装置の光射出面側に配置した場合には、光反射型偏光子の側から電気光学装置の光射出面に光が入射することがないので、電気光学装置が誤動作することを防止できる。 Further, if this polarizer is used, the second polarized light reflected by the light reflection type polarizing plate is not emitted outside from the light incident surface of the prism. Therefore, when this light reflecting polarizer is disposed on the light exit surface side of the electro-optical device of the projector, light does not enter the light exit surface of the electro-optical device from the light reflecting polarizer side. It is possible to prevent the electro-optical device from malfunctioning.
さらに、この偏光子は、プリズムを備えているが、プリズムの光入射面と光射出面との成す角度を比較的小さく設定することができるので、偏光子を小型化することができるとともに、プロジェクタを小型化することができる。 Further, the polarizer includes a prism, but the angle formed between the light incident surface and the light exit surface of the prism can be set to be relatively small, so that the polarizer can be reduced in size and the projector. Can be miniaturized.
上記の装置において、前記第1のプリズムは、前記光入射面と前記光射出面とによって形成される交線が前記電気光学装置の長方形の表示領域の長辺と略平行となるように、配置されていることが好ましい。 In the above apparatus, the first prism is arranged so that an intersection line formed by the light incident surface and the light exit surface is substantially parallel to a long side of the rectangular display area of the electro-optical device. It is preferable that
こうすれば、偏光子をより小型化することができるので、プロジェクタをより小型化することが可能となる。 By doing so, the polarizer can be further miniaturized, and the projector can be further miniaturized.
上記の装置において、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面とで形成される頂角に対向する対向面は、前記光入射面で全反射した前記第2の偏光光が前記対向面にほぼ垂直に入射するように、設定されていることが好ましい。 In the above apparatus, the second polarized light that is totally reflected by the light incident surface is opposite to the apex surface formed by the light incident surface and the light exit surface of the first prism. It is preferably set so as to be incident substantially perpendicular to the facing surface.
こうすれば、対向面に入射する光の殆どを、対向面から射出させることができるので、対向面で反射して光反射型偏光板に再度入射してしまう光を、かなり低減させることができる。 In this way, most of the light incident on the facing surface can be emitted from the facing surface, so that the light reflected on the facing surface and re-entering the light reflection type polarizing plate can be considerably reduced. .
上記の装置において、前記第1のプリズムは、光弾性定数が約1nm/cm/105 Pa以下の材料で形成されていることが好ましい。 In the above apparatus, the first prism is preferably made of a material having a photoelastic constant of about 1 nm / cm / 10 5 Pa or less.
光弾性定数が比較的小さな材料を用いてプリズムを形成すれば、プリズム中を光が通過する際に偏光状態が変化することが殆ど無いので、偏光子は、優れた光学特性を発揮することができる。 If a prism is formed using a material having a relatively small photoelastic constant, the polarization state hardly changes when light passes through the prism, so that the polarizer can exhibit excellent optical characteristics. it can.
さらに、上記の装置において、前記光反射型偏光板の光射出面側に配置され、前記光反射型偏光板を透過した前記第1の偏光光が入射する第2のプリズムを備えることが好ましい。 Furthermore, the above apparatus preferably includes a second prism that is disposed on the light exit surface side of the light reflection type polarizing plate and on which the first polarized light that has passed through the light reflection type polarizing plate is incident.
こうすれば、第2のプリズムの屈折率や、第2のプリズムの光入射面と光射出面との成す角度をうまく設定することにより、偏光子から射出される光の進行方向を制御することができる。これにより、他の光学部品を配置する際の自由度を高めることができる。なお、第2のプリズムの形状および屈折率を第1のプリズムと同じに設定すれば、透過する光の進行方向が殆ど変化しない偏光子を得ることができる。 In this way, the traveling direction of the light emitted from the polarizer can be controlled by properly setting the refractive index of the second prism and the angle formed between the light incident surface and the light exit surface of the second prism. Can do. Thereby, the freedom degree at the time of arrange | positioning another optical component can be raised. If the shape and refractive index of the second prism are set to be the same as those of the first prism, a polarizer in which the traveling direction of transmitted light hardly changes can be obtained.
上記の装置において、前記第1および第2のプリズムのうちの少なくとも一方は、光弾性定数が約1nm/cm/105 Pa以下の材料で形成されていることが好ましい。 In the above apparatus, it is preferable that at least one of the first and second prisms is made of a material having a photoelastic constant of about 1 nm / cm / 10 5 Pa or less.
上記の装置において、前記第2のプリズムは、前記第2のプリズムを介して射出される前記第1の偏光光の進行方向が前記第1のプリズムに入射する光の進行方向とほぼ一致するように、構成されていることが好ましい。 In the above apparatus, the second prism is configured such that the traveling direction of the first polarized light emitted through the second prism substantially coincides with the traveling direction of the light incident on the first prism. Further, it is preferable to be configured.
こうすれば、偏光子に入射する光と偏光子から射出される光との進行方向をほぼ一致させることができるので、他の光学部品を用いた光学系を容易に構成できる。なお、進行方向を一致させるには、例えば、第2のプリズムの屈折率を第1のプリズムの屈折率とほぼ同じに設定し、第2のプリズムの光入射面と第1のプリズムの光射出面を略平行に設定し、第2のプリズムの光射出面と第1のプリズムの光入射面とに略平行に設定すればよい。 By so doing, the traveling directions of the light incident on the polarizer and the light emitted from the polarizer can be made substantially coincident, so that an optical system using other optical components can be easily configured. In order to make the traveling directions coincide with each other, for example, the refractive index of the second prism is set to be substantially the same as the refractive index of the first prism, and the light incident surface of the second prism and the light emission of the first prism are set. The surfaces may be set substantially parallel and set substantially parallel to the light exit surface of the second prism and the light incident surface of the first prism.
上記の装置において、前記光反射型偏光板の光射出面側には、光吸収型偏光板が配置されていることが好ましい。 In the above apparatus, it is preferable that a light absorbing polarizing plate is disposed on the light exit surface side of the light reflecting polarizing plate.
こうすれば、光吸収型偏光板が、光反射型偏光板の入射角依存性や波長依存性を補償することができるので、耐光性および耐熱性に優れ、かつ、光学特性に優れた偏光子を得ることができる。なお、偏光子が第2のプリズムを備える場合には、光吸収型偏光板は、第2のプリズムの光入射面側に配置されていてもよいし、光射出面側に配置されていてもよい。 In this way, the light-absorbing polarizing plate can compensate the incident angle dependency and wavelength dependency of the light-reflecting polarizing plate, so that the polarizer has excellent light resistance and heat resistance and excellent optical characteristics. Can be obtained. When the polarizer includes the second prism, the light absorption polarizing plate may be disposed on the light incident surface side of the second prism, or may be disposed on the light exit surface side. Good.
上記の装置において、前記光反射型偏光板は、構造複屈折型偏光板であってもよい。 In the above apparatus, the light reflecting polarizing plate may be a structural birefringent polarizing plate.
構造複屈折型偏光板は、光吸収を殆ど生じない光反射型偏光板であり、耐光性および耐熱性が比較的高い。したがって、偏光子に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなった場合にも、高い光学特性を安定して発揮する光反射型偏光子を得ることができる。なお、構造複屈折型偏光板としては、例えば、ワイヤグリッド型偏光板を用いることができる。 The structural birefringent polarizing plate is a light reflecting polarizing plate that hardly causes light absorption, and has relatively high light resistance and heat resistance. Therefore, even when the intensity of light per unit area incident on the polarizer increases, it is possible to obtain a light reflecting polarizer that stably exhibits high optical characteristics. As the structural birefringent polarizing plate, for example, a wire grid type polarizing plate can be used.
上記の装置において、前記構造複屈折型偏光板は、所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体を備え、前記所定方向は、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面とによって形成される交線と略直交する方向であることが好ましい。 In the above apparatus, the structural birefringent polarizing plate includes a fine structure periodically formed along a predetermined direction, and the predetermined direction includes the light incident surface of the first prism and the light emission. The direction is preferably substantially perpendicular to the intersecting line formed by the surfaces.
こうすれば、構造複屈折型偏光板は、電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置されることになるので、入射する光に対する微細構造体のピッチを実質的に小さくすることができ、この結果、構造複屈折型偏光板の光学特性を向上させることが可能となる In this case, the structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely with respect to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device, so that the pitch of the fine structure with respect to the incident light is substantially reduced. As a result, it becomes possible to improve the optical characteristics of the structural birefringent polarizing plate.
上記の装置において、前記光反射型偏光板は、複屈折性を有する薄膜と複屈折性を有しない薄膜とを複数積層して層状偏光板であってもよい。 In the above apparatus, the light reflection type polarizing plate may be a layered polarizing plate formed by laminating a plurality of thin films having birefringence and thin films having no birefringence.
このように、光反射型偏光板として層状偏光板を用いれば、入射角依存性や波長依存性を比較的小さくすることができる。 Thus, when a layered polarizing plate is used as the light reflection type polarizing plate, the incident angle dependency and the wavelength dependency can be made relatively small.
本発明の第3の装置は、プロジェクタであって、光源装置と、前記光源装置からの光を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側にそれぞれ配置された2つの偏光子と、前記電気光学装置からの光を投写する投写光学系と、を備え、前記2つの偏光子のうちの少なくとも一方は、非平行な状態で対向する光入射面および光射出面を有する第1のプリズムと、前記第1のプリズムの光射出面側に配置された光反射型偏光板と、をそれぞれ含む複数の部分偏光子を備え、前記複数の部分偏光子は、それぞれの前記第1のプリズムの前記光入射面がほぼ同一面内に配置されるように接続されており、前記各部分偏光子において、前記光反射型偏光板は、前記第1のプリズムから射出された光を偏光方向が異なる2種類の偏光光に分離して、第1の偏光光を透過させるとともに第2の偏光光を反射させ、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面との成す角度は、前記光反射型偏光板で反射されて前記第1のプリズム内に戻った前記第2の偏光光が前記光入射面で全反射するように、設定されていることを特徴とする。 A third device of the present invention is a projector, and is disposed on a light source device, an electro-optical device that modulates light from the light source device, and a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device, respectively. Two polarizers and a projection optical system for projecting light from the electro-optical device, and at least one of the two polarizers has a light incident surface and a light exit that face each other in a non-parallel state. A plurality of partial polarizers each including a first prism having a surface and a light reflection type polarizing plate disposed on a light exit surface side of the first prism, each of the plurality of partial polarizers, The light incident surfaces of the first prisms are connected so as to be arranged in substantially the same plane, and in each of the partial polarizers, the light reflection type polarizing plate is emitted from the first prism. Two types of polarized light with different polarization directions The first polarized light is transmitted and the second polarized light is reflected. The angle formed by the light incident surface and the light exit surface of the first prism is determined by the light reflection. The second polarized light reflected by the mold polarizing plate and returned to the first prism is set so as to be totally reflected by the light incident surface.
この偏光子では、上記の第2の装置における偏光子が部分偏光子として用いられているので、第2の装置と同様の作用・効果を奏する。また、上記の第2の装置における偏光子を1つ用いる場合と比べて、各部分偏光子の厚みを小さくすることができるので、偏光子を小型化することが可能となる。また、この偏光子をプロジェクタに適用することにより、上記の第2の装置としてのプロジェクタと比べて、プロジェクタを小型化することができるという利点がある。 In this polarizer, since the polarizer in the second apparatus is used as a partial polarizer, the same operations and effects as in the second apparatus are achieved. Moreover, since the thickness of each partial polarizer can be made small compared with the case where one polarizer in said 2nd apparatus is used, it becomes possible to miniaturize a polarizer. Further, by applying this polarizer to a projector, there is an advantage that the projector can be reduced in size as compared with the projector as the second device.
本発明の第4の装置は、偏光子であって、非平行な状態で対向する光入射面および光射出面を有する第1のプリズムと、前記第1のプリズムの光射出面側に配置された光反射型偏光板と、を備え、前記光反射型偏光板は、前記第1のプリズムから射出された光を偏光方向が異なる2種類の偏光光に分離して、第1の偏光光を透過させるとともに第2の偏光光を反射させ、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面との成す角度は、前記光反射型偏光板で反射されて前記第1のプリズム内に戻った前記第2の偏光光が前記光入射面で全反射するように、設定されていることを特徴とする。 A fourth device of the present invention is a polarizer, and is disposed on the light exit surface side of the first prism having a light entrance surface and a light exit surface that face each other in a non-parallel state. A light reflection type polarizing plate, wherein the light reflection type polarizing plate separates the light emitted from the first prism into two types of polarized light having different polarization directions, and converts the first polarized light into The angle formed between the light incident surface and the light exit surface of the first prism is reflected by the light reflection type polarizing plate and is reflected in the first prism. The second polarized light that has returned is set so as to be totally reflected by the light incident surface.
この偏光子は、第2の装置で用いられる偏光子と同じであるため、同様の作用・効果を奏する。 Since this polarizer is the same as the polarizer used in the second apparatus, it exhibits the same operations and effects.
本発明の第5の装置は、偏光子であって、非平行な状態で対向する光入射面および光射出面を有する第1のプリズムと、前記第1のプリズムの光射出面側にそれぞれ配置された光反射型偏光板と、をそれぞれ含む複数の部分偏光子を備え、前記複数の部分偏光子は、それぞれの前記第1のプリズムの前記光入射面がほぼ同一面内に配置されるように接続されており、前記各部分偏光子において、前記光反射型偏光板は、前記第1のプリズムから射出された光を偏光方向が異なる2種類の偏光光に分離して、第1の偏光光を透過させるとともに第2の偏光光を反射させ、前記第1のプリズムの前記光入射面と前記光射出面との成す角度は、前記光反射型偏光板で反射されて前記第1のプリズム内に戻った前記第2の偏光光が前記光入射面で全反射するように、設定されていることを特徴とする。 The fifth device of the present invention is a polarizer, and is disposed on the light exit surface side of the first prism having a light entrance surface and a light exit surface that face each other in a non-parallel state. A plurality of partial polarizers each including a plurality of partial light polarizers, wherein the light incident surfaces of the first prisms are arranged in substantially the same plane. In each of the partial polarizers, the light-reflecting polarizing plate separates the light emitted from the first prism into two types of polarized light having different polarization directions, and the first polarization An angle formed between the light incident surface and the light exit surface of the first prism is reflected by the light reflection type polarizing plate and transmits the first polarized light and reflects the second polarized light. The second polarized light returning inward is totally reflected on the light incident surface. As to, characterized in that it is set.
この偏光子は、第3の装置で用いられる偏光子と同じであるため、同様の作用・効果を奏する。 Since this polarizer is the same as the polarizer used in the third device, it exhibits the same operations and effects.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図中に示すX,Y,Z方向は、互いに直交する3つの方向を示している。以下では、偏光方向がX方向である光をX偏光光、偏光方向がY方向である光をY偏光光とも呼ぶ。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The X, Y, and Z directions shown in the figure indicate three directions orthogonal to each other. Hereinafter, light whose polarization direction is the X direction is also referred to as X-polarized light, and light whose polarization direction is the Y direction is also referred to as Y-polarized light.
A.第1実施例:
図1は、第1実施例としてのプロジェクタPJ1の要部を平面的に見た概略構成図である。プロジェクタPJ1は、光源装置110とインテグレータ光学系120と平行化レンズ190と液晶ライトバルブLVと投写光学系500とを備えている。液晶ライトバルブLVは、本発明の電気光学装置に相当する液晶装置300と、その光入射面側および光射出面側にそれぞれ配置された2つの偏光子200,400とを備えている。なお、後述するように、本実施例では、光入射面側の偏光子200として光反射型偏光板の1つである構造複屈折型偏光板200が用いられており、光射出面側の偏光子400として光吸収型偏光板400が用いられている。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a main part of a projector PJ1 as a first embodiment viewed in plan. The projector PJ1 includes a
なお、光反射型偏光板とは、透過させない種類の偏光光を反射するタイプの偏光板を意味しており、光吸収型偏光板とは、透過させない種類の偏光光を吸収するタイプの偏光板を意味している。 The light reflection type polarizing plate means a type of polarizing plate that reflects a type of polarized light that does not transmit, and the light absorption type polarizing plate means a type of polarizing plate that absorbs a type of polarized light that does not transmit. Means.
光源装置110は、光源ランプ111とリフレクタ112とを備えている。光源ランプ111から放射状に射出された偏りのない光はリフレクタ112によって反射され、光源装置110は、照明光軸Lに沿って略平行な光を射出する。
The
インテグレータ光学系120は、液晶装置300の表示領域と略相似関係にある矩形形状を有する小レンズ131がマトリクス状に配置された2つのレンズアレイ130,140を備えている。第1のレンズアレイ130に入射した光線束は、各小レンズ131によって複数の部分光線束に分割された後、第2のレンズアレイ140によって液晶装置300上で重畳される。これにより、インテグレータ光学系120は、光源装置110から射出された光の面内強度分布を均一化して、液晶装置300を照明することができる。インテグレータ光学系120から射出された光は、平行化レンズ190を経て構造複屈折型偏光板200に入射する。
The integrator
構造複屈折型偏光板200は、インテグレータ光学系120から射出された偏りのない光からほぼ一種類の偏光光を生成する。偏りのない光は、偏光方向が互いに直交する2種類の直線偏光光の合成光と考えることができる。構造複屈折型偏光板200は、一方の直線偏光光を反射させ、他方の直線偏光光を透過させることにより、光源装置110から射出された偏りのない照明光からほぼ一種類の直線偏光光を生成する。なお、本実施例では、構造複屈折型偏光板200は、偏光方向がX方向となるX偏光光を透過させる。
The structural birefringent
液晶装置300は、透過型の液晶パネルであり、入射する偏光光を変調して射出する。具体的には、液晶装置300に入射したX偏光光は、図示しない外部からの画像情報に基づいて変調され、部分的にY偏光光に変換された変調光が、液晶装置300から射出される。
The
光吸収型偏光板400は、液晶装置300から射出された変調光から不要な光を除去して画像を表す光を形成する。具体的には、光吸収型偏光板400は、その透過軸がY方向に一致するように配置されており、液晶装置300から射出された変調光のうち、不要なX偏光成分を吸収し、Y偏光成分を透過させることにより、画像光を形成する。なお、光吸収型偏光板400としては、高い消光比を有する、ヨウ素または染料分子を用いて形成された一軸延伸型の偏光板を用いることができる。
The light absorption
投写光学系500は、光吸収型偏光板400によって形成された画像光を投写面600に投写する。これにより、投写面600上に画像が表示される。
The projection
図2は、図1の構造複屈折型偏光板200の種々の例を示す説明図である。構造複屈折型偏光板200は、所定方向(図中X方向)に沿って周期的に形成された微細構造体を備える偏光板であり、微細構造体の周期は、入射する光の波長よりも小さく設定されている。なお、微細構造体の材質や周期等を調整することにより、所望の屈折率分布や光学異方性を実現することができ、この結果、所望の偏光特性を実現することができる。
FIG. 2 is an explanatory view showing various examples of the structural birefringent
図2(A)は、ワイヤグリッド型の構造複屈折型偏光板200の概略構造を示す斜視図である。ワイヤグリッド型の偏光板200は、透明基板210上に形成された金属薄膜211がY方向に延びた微細な溝212によって周期的に分断された構造を有している。金属薄膜(微細構造体)211は、偏光されるべき波長域において光を反射する性質を備えており、金属薄膜211としては、アルミニウムやタングステン等を用いることができる。なお、金属薄膜211は、蒸着法やスパッタ法によって形成することができる。また、微細な溝212は、2光束干渉露光法や、電子線描画法、X線リソグラフィー法等と、エッチングとを組み合わせることによって形成することができる。ワイヤグリッド型の構造複屈折型偏光板200は、構造が単純なので容易に製造することができるという利点がある。
FIG. 2A is a perspective view showing a schematic structure of a wire grid type structural birefringent
図2(B)は、構造複屈折型偏光板200の別の例を示す断面図である。この構造複屈折型偏光板200は、透明基板210上に形成された多層膜215がY方向に延びた微細な溝212によって周期的に分断された構造を有している。多層膜(微細構造体)215は、互いに屈折率が異なり、等方性を有する2種類の誘電体薄膜213,214が交互に積層されて形成されている。なお、多層膜215および溝212は、図2(A)の金属薄膜211および溝212と同様に形成される。
FIG. 2B is a cross-sectional view showing another example of the structural birefringent
図2(A),(B)に示すような構造複屈折型偏光板200に偏りのない光が入射すると、微細な溝212が延びるY方向に平行な偏光成分であるY偏光光と、これに垂直な偏光成分であるX偏光光と、に分離される。X偏光光は構造複屈折型偏光板200を透過し、Y偏光光は構造複屈折型偏光板200で反射される。このように、構造複屈折型偏光板200は、透過しない種類の偏光光を反射させる光反射型偏光板として機能しており、構造複屈折型偏光板200における光吸収は原理上かなり少ない。
When light having no polarization is incident on the structural birefringent
なお、構造複屈折型偏光板200を用いる場合には、実際には、微細構造体211によってわずかに光が吸収され、発熱する。したがって、構造複屈折型偏光板200における温度上昇を減少させるために、透明基板210としては、熱伝導率の高い透明結晶基板を使うことが望ましい。こうすれば、微細構造体211の熱を速やかにかつ均一に分散させることができるため、熱的に安定な構造複屈折型偏光板200を得ることができる。
Note that when the structural birefringent
なお、上記の透明結晶基板としては、熱伝導率と光透過率とが比較的高い材料を用いることが好ましく、例えば、アルミナ(酸化アルミニウム)を主成分とするサファイア基板や、水晶基板を用いることができる。なお、サファイア基板は、一般的なガラス基板の約50倍、石英ガラス基板の約35倍の熱伝導率を有する。 In addition, as said transparent crystal substrate, it is preferable to use the material with comparatively high thermal conductivity and light transmittance, for example, the sapphire substrate which has an alumina (aluminum oxide) as a main component, and a quartz substrate are used. Can do. The sapphire substrate has a thermal conductivity of about 50 times that of a general glass substrate and about 35 times that of a quartz glass substrate.
また、構造複屈折型偏光板200としては、形状異方性を有する微粒子や微結晶等を配向させたものや、細孔を有する薄膜(例えばアルミナ)を陽極酸化法によって形成したものを用いることもできる。
Further, as the structural birefringent
ところで、構造複屈折型偏光板の偏光分離特性は、原理上、入射角依存性と波長依存性とを有する。これらの依存性は、一般的には、微細構造体のピッチを入射する光の波長に対して十分に小さくすることによって、低減させることができる。しかしながら、製法上、構造の微細化には限界があるので、特に、短波長域の光については、上記の依存性を十分に緩和できない場合がある。そこで、以下に説明するように、他の偏光板を併用することにより、構造複屈折型偏光板の偏光分離特性を補償することが好ましい。 By the way, the polarization separation characteristic of the structural birefringent polarizing plate has an incident angle dependency and a wavelength dependency in principle. In general, these dependencies can be reduced by making the pitch of the fine structure sufficiently small with respect to the wavelength of incident light. However, since there is a limit to the miniaturization of the structure due to the manufacturing method, the above dependency may not be sufficiently relaxed particularly for light in a short wavelength region. Therefore, as described below, it is preferable to compensate the polarization separation characteristics of the structural birefringent polarizing plate by using another polarizing plate in combination.
図3は、光吸収型偏光板と一体化された構造複屈折型偏光板200Aの概略断面図である。この構造複屈折型偏光板200Aは、図2(A)の構造複屈折型偏光板200と、その光射出面側に配置された光吸収型偏光板220と、の2つの偏光板を備えている。光吸収型偏光板220は、構造複屈折型偏光板200の光射出面側の透明基板210を支持体として、透明基板210と密着して配置されている。また、光吸収型偏光板220は、その透過軸方向が構造複屈折型偏光板200の透過軸方向(X方向)と一致するように、配置されている。なお、光吸収型偏光板220は、ヨウ素または染料分子を用いて形成された一軸延伸型の偏光板である。このような光吸収型偏光板は、大量生産されていることから安価で使い易い。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a structural birefringent
この構造複屈折型偏光板200Aでは、構造複屈折型偏光板200と光吸収型偏光板220との2つの偏光板が光学的に一体化されている。そして、光入射面側には、光吸収が少なく耐光性および耐熱性に優れた構造複屈折型偏光板200が配置され、光射出面側には、偏光特性に優れ入射角依存性や波長依存性が比較的小さな光吸収型偏光板220が配置されている。このように光吸収型偏光板を併用すれば、構造複屈折型偏光板で生じる偏光分離特性の入射角依存性や波長依存性を補償することができる。
In this structural birefringent
なお、2つの偏光板を上記のような順序で配置することにより、光吸収型偏光板220における発熱を比較的小さくすることができるとともに、構造複屈折型偏光板200Aの偏光特性を向上させることが可能となる。
By arranging the two polarizing plates in the order as described above, the heat generation in the light-absorbing
図4も、光吸収型偏光板と一体化された構造複屈折型偏光板200Bの概略断面図である。この構造複屈折型偏光板200Bでは、図3の構造複屈折型偏光板200Aの光射出面に透明結晶基板230が設けられている。
FIG. 4 is also a schematic cross-sectional view of a structural birefringent
図3の構造複屈折型偏光板200Aを用いる場合には、光吸収型偏光板220はわずかに光を吸収する。このため、光吸収型偏光板220内部に熱歪みが発生し、偏光特性が局所的に変化してしまう場合がある。図4に示すように、光吸収型偏光板220に熱伝導性の比較的高い透明結晶基板230を密着させて配置すれば、光吸収型偏光板220の温度上昇を低減させることができるので、構造複屈折型偏光板200Bは、優れた偏光特性を実現することが可能となる。
When the structural birefringent
なお、透明結晶基板230としては、熱伝導率と光透過率とが比較的高い材料を用いることが好ましく、例えば、アルミナを主成分とするサファイア基板や、水晶基板を用いることができる。また、光吸収型偏光板220と透明結晶基板230とは、例えば、接着剤などによってに密着した状態で固着されていればよい。
The
また、図4では、光吸収型偏光板220が透明基板210と透明結晶基板230とによって挟まれているので、光吸収型偏光板220で生じた熱をムラなく均一に発散させることができ、光吸収型偏光板220の発熱による構造複屈折型偏光板の温度上昇を低減させることができる。
In FIG. 4, since the light absorption
図3,図4に示す構造複屈折型偏光板200A,200Bを用いれば、構造複屈折型偏光板200の入射角依存性と波長依存性とを緩和し、優れた偏光特性を実現することができるため、照明光の拡がり角が大きな照明装置や、短波長域の光を用いる照明装置に対して特に有効である。
If the structural birefringent
図5は、光反射型偏光板と一体化された構造複屈折型偏光板200Eの概略断面図である。構造複屈折型偏光板200Eは、図3の構造複屈折型偏光板200Aとほぼ同じであるが、光吸収型偏光板220に代えて、光反射型偏光板250を備えている。光反射型偏光板250は、構造複屈折型偏光板200Eを支持する透明基板210に密着して配置されており、光学的に一体化されている。また、光反射型偏光板250は、その透過軸方向が構造複屈折型偏光板200の透過軸方向(X方向)と一致するように、配置されている。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a structural birefringent
図6は、図5の光反射型偏光板250の構造断面図である。この光反射型偏光板250は、複屈折性を有する第1のフィルム251と複屈折性を有しない第2のフィルム252とが交互に複数積層されて形成された層状偏光板である。第1および第2のフィルム251,252の材料は、第1のフィルム251のX方向の屈折率をn1X、Y方向の屈折率をn1Yとし、等方性の第2のフィルム252の屈折率をn2とすると、n1X≒n2,n1Y≠n2なる関係を充たすように予め選定されている。
FIG. 6 is a structural cross-sectional view of the light reflective
第1のフィルム251と第2のフィルム252との境界面におけるX方向の屈折率はほぼ一致しているので、X方向の偏光光は、干渉反射されること無く透過される。一方、境界面におけるY方向の屈折率は異なっているので、Y方向の偏光光の一部は干渉反射される。なお、反射光の波長は、2つのフィルム251,252の屈折率および厚みによって決定されており、反射率は、積層数や第1のフィルム251の複屈折性の大きさによって決定されている。
Since the refractive index in the X direction at the boundary surface between the
したがって、フィルム251,252の厚みや、屈折率(材料)、積層数などを所定の条件に設定することにより、入射するX偏光光をほとんど全て透過させ、Y偏光光をほとんど全て反射させる光反射型偏光板250を形成することが可能である。なお、このような光反射型偏光子は、例えば、特表平9−506985号公報に詳述されている。
Accordingly, by setting the thickness, refractive index (material), number of layers, etc. of the
なお、光反射型偏光板250としては、上記の層状偏光板の他に、例えば、コレステリック液晶とλ/4位相差板を組み合わせた光学素子や、ブリュースター角を利用して反射偏光光と透過偏光光とに分離する光学素子(例えば、SID’92 DIGEST P427)、ホログラムを利用したホログラム光学素子などを用いることができる。
As the light reflection
構造複屈折型偏光板200E(図5)では、構造複屈折型偏光板200の光射出面側に光反射型偏光板250が配置されているので、光吸収による発熱を殆ど無くすることができる。このように、図3の光吸収型偏光板220に代えて光反射型偏光板250を用いても、構造複屈折型偏光板で生じる偏光分離特性の入射角依存性や波長依存性を補償することができる。
In the structural birefringent
図3〜図5に示す構造複屈折型偏光板200A,200B,200Eを、図1の構造複屈折型偏光板200に代えて、液晶装置300の光入射面側に配置するようにしてもよい。
The structural birefringent
なお、構造複屈折型偏光板200A,200B,200Eでは、構造複屈折型偏光板200と、光吸収型偏光板220または光反射型偏光板250とが光学的に一体化されているが、両者は分離されていてもよい。ただし、両者を一体化すれば、両者の界面で生じる光損失を低減することができるので、光の利用効率を高めることが可能となる。
In the structural birefringent
以上説明したように、プロジェクタPJ1では、液晶装置300の光入射面側に光吸収が少ない構造複屈折型偏光板200(200A,200B,200E)が備えられる。したがって、光出力が大きな光源装置を用いたり、表示領域が小さな液晶装置を用いたりすることにより、偏光子に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなった場合においても、偏光子の発熱を小さくすることができ、偏光子の特性を長期に渡って維持することが可能となる。この結果、コントラストが高く、明るい画像を安定して表示するプロジェクタを実現することができる。
As described above, the projector PJ1 includes the structural birefringent polarizing plate 200 (200A, 200B, 200E) that absorbs less light on the light incident surface side of the
また、偏光子における発熱が少ないため、従来用いられていた冷却装置を小型化または省略することができ、プロジェクタの低騒音化と小型化を実現できるという利点もある。 Further, since there is little heat generation in the polarizer, there is an advantage that the conventionally used cooling device can be reduced in size or omitted, and the projector can be reduced in noise and size.
なお、図1のプロジェクタPJ1では、構造複屈折型偏光板200は、液晶装置300の光入射面側に配置されている。これは、プロジェクタPJ1では、偏りのない光が照明光として用いられており、液晶装置300の光射出面側に配置された偏光子400に比べて、光入射面側に配置された偏光子200にかかる熱的負荷の方が大きいためである。このように、偏りのない光を照明光として用いるプロジェクタでは、液晶装置の光入射面側に、耐光性と耐熱性の高い構造複屈折型偏光板を配置することが効果的である。なお、液晶装置300の光射出面側にも、構造複屈折型偏光板200を配置するようにしてもよい。
In the projector PJ1 of FIG. 1, the structural birefringent
B.第2実施例:
図7は、第2実施例としてのプロジェクタPJ2の要部を平面的に見た概略構成図である。図7(A)は、Y方向から見たときのプロジェクタPJ2を示しており、図7(B)は、X方向から見たときのプロジェクタPJ2を示している。なお、第1実施例のプロジェクタPJ1と同様の構成要素については、同じ番号を付し、その詳細な説明については省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of the main part of the projector PJ2 as the second embodiment viewed in plan. FIG. 7A shows the projector PJ2 when viewed from the Y direction, and FIG. 7B shows the projector PJ2 when viewed from the X direction. In addition, the same number is attached | subjected about the component similar to the projector PJ1 of 1st Example, and it abbreviate | omits about the detailed description.
本実施例のプロジェクタPJ2の構成は、第1実施例のプロジェクタPJ1と類似しているが、図1の偏りのない光を射出するインテグレータ光学系120に代えて、偏りのない光をほぼ1種類の偏光光に変換して射出するインテグレータ光学系(以下、「偏光変換光学系」とも呼ぶ)150が用いられている。なお、本実施例のインテグレータ光学系150は、X偏光光を射出する。
The configuration of the projector PJ2 of this embodiment is similar to that of the projector PJ1 of the first embodiment. However, in place of the integrator
また、インテグレータ光学系の変更に伴い、液晶ライトバルブLVの偏光子の配置が変更されている。具体的には、本実施例のプロジェクタPJ2では、構造複屈折型偏光板200は、液晶装置300の光射出面側に配置されており、光吸収型偏光板400は、光入射面側に配置されている。また、偏光子の配置の変更に伴い、光吸収型偏光板400は、その透過軸がX方向に一致するように配置されており、構造複屈折型偏光板200は、周期的な微細構造体がY方向に沿うように配置されている。すなわち、本実施例の光吸収型偏光板400は、X偏光光を透過させ、構造複屈折型偏光板200は、Y偏光光を透過させる。
Further, with the change of the integrator optical system, the arrangement of the polarizers of the liquid crystal light valve LV is changed. Specifically, in the projector PJ2 of this embodiment, the structural birefringent
偏光変換光学系150は、第1および第2のレンズアレイ130,140と、偏光ビームスプリッタアレイ(以下、「PBSアレイ」と呼ぶ)160と、選択位相差板170と、重畳レンズ180とを備えている。なお、PBSアレイ160は、略平行四辺形の断面形状を有する複数のガラス材を備えており、各ガラス材の界面には、偏光分離膜と反射膜とが交互に形成されている。
The polarization conversion
第1のレンズアレイ130に入射した光線束は各小レンズ131によって複数の部分光線束に分割され、各部分光線束はPBSアレイ160によって偏光方向が直交する2種類の直線偏光光に分離される。その後、選択位相差板170によって2種類の直線偏光光のうちの一方の直線偏光光の偏光方向が他方の直線偏光光の偏光方向に揃えられる。偏光方向がほぼ一種類に揃えられた偏光光(X偏光光)は、重畳レンズ180を介して射出され、第1実施例と同様に、平行化レンズ190を経て液晶装置300上で重畳される。
The light bundle incident on the
このような偏光変換光学系150を用いれば、液晶装置300に入射する照明光の面内強度分布を均一化することができるとともに、光損失を殆ど伴うことなく、偏光方向がほぼ一種類に揃った照明光を射出することができる。なお、このような偏光変換光学系150は、例えば、特開平8−304739号公報に詳述されている。
By using such a polarization conversion
本実施例のプロジェクタPJ2では、偏光変換光学系150が備えられているので、液晶装置300の光入射面側に配置される偏光子400は、入射する光の偏光度を高めるのに利用される。そして、偏光変換光学系150によって光の利用効率が向上しているので、液晶装置300の光射出面側に配置された偏光子200に入射する光の強度は大きくなる。すなわち、液晶装置300の光入射面側に配置される偏光子400にかかる熱的負荷は第1実施例と比較して小さく、光射出面側に配置される偏光子200にかかる熱的負荷は第1実施例と比較して大きくなる。このため、本実施例のプロジェクタPJ2では、液晶装置300の光入射面側に光吸収型偏光板400を配置し、光射出面側に構造複屈折型偏光板200を配置している。
In the projector PJ2 of this embodiment, since the polarization conversion
以上説明したように、プロジェクタPJ2では、液晶装置300の光射出面側に光吸収が少なく耐光性および耐熱性に優れた構造複屈折型偏光板200が備えられている。したがって、偏光変換光学系150を用いることによって偏光子に入射する単位面積あたりの光の強度が大きくなった場合においても、偏光子の発熱を小さくすることができ、偏光子の特性を長期に渡って維持することが可能となる。この結果、コントラストが高く、明るい画像を安定的に表示するプロジェクタを実現することができる。
As described above, the projector PJ2 includes the structural birefringent
なお、構造複屈折型偏光板200に代えて、図3〜図5に示す構造複屈折型偏光板200A,200B,200Eを用いてもよい。この場合には、さらにコントラストの高い画像を表示できる。また、液晶装置300の光入射面側の偏光子400として、構造複屈折型偏光板200,200A,200B,200Eを用いるようにしてもよい。
Instead of the structural birefringent
C.第3実施例:
前述したように、構造複屈折型偏光板200を用いる場合には、偏光分離特性を向上させる(すなわち、入射角依存性や波長依存性を低減させる)ために、周期的な微細構造体の形成ピッチを、光の波長よりも可能な限り小さくすることが望ましい。しかしながら、製法上、構造の微細化には限界がある。そこで、本実施例では、構造複屈折型偏光板200の配置を工夫することによって、構造複屈折型偏光板の偏光分離特性を補償している。
C. Third embodiment:
As described above, when the structural birefringent
図8は、第3実施例としてのプロジェクタPJ3の要部を平面的に見た概略構成図である。このプロジェクタPJ3は、第1実施例のプロジェクタPJ1とほぼ同じであるが、本実施例では、構造複屈折型偏光板200が照明光軸L(すなわち、液晶装置を照明する光の中心軸)に対して斜めに配置されている。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the main part of the projector PJ3 as the third embodiment viewed in plan. The projector PJ3 is substantially the same as the projector PJ1 of the first embodiment, but in this embodiment, the structural birefringent
構造複屈折型偏光板200を照明光軸Lに対して傾斜させて配置すると、照明光軸Lに沿って入射する光に対する微細構造体のピッチは、実質的に小さくなる。このように偏光板200を配置すれば、偏光板200の偏光分離特性を向上させることができ、この結果、よりコントラストが高く、明るい画像を安定的に表示するプロジェクタを実現することができる。
When the structural birefringent
なお、構造複屈折型偏光板200の照明光軸Lに対する傾斜角度は大きい方が好ましいが、偏光板200における光の損失や、偏光板200からの反射光の処理を考慮すると、傾斜角度は約45度に設定されることが好ましい。すなわち、このような傾斜角度に設定すれば、構造複屈折型偏光板200で反射された光は照明光軸Lに対して約90度の方向に射出されるので、反射された光が他の光学素子に悪影響を及ぼすことがない。
Although it is preferable that the tilt angle of the structural birefringent
ところで、構造複屈折型偏光板200の照明光軸Lに対する傾斜角度を約45度に設定することは、偏光板200の図中Z方向の寸法が大きくなったことと等価である。このため、液晶装置300の光入射面側には、構造複屈折型偏光板200を配置するために、より大きな空間が必要となる。
By the way, setting the tilt angle of the structural birefringent
図9は、図8の構造複屈折型偏光板の変形例を示す説明図である。図9(A)は、構造複屈折型偏光板200をY軸に沿って2つに折ってV字状に配置した構造複屈折型偏光板200Cを示しており、図9(B)は、4つに折ってW字状に配置した構造複屈折型偏光板200Dを示している。このように、構造複屈折型偏光板200を複数の領域に分割し、各領域を照明光軸Lに対して斜めに配置すれば、構造複屈折型偏光板のZ方向の寸法を小さくすることができ、構造複屈折型偏光板を配置するための空間を比較的小さくすることができる。
FIG. 9 is an explanatory view showing a modification of the structural birefringent polarizing plate of FIG. FIG. 9A shows a structural birefringent
図9(A)の構造複屈折型偏光板200Cを用いる場合には、反射光が照明光軸Lとほぼ直交する方向に射出されるため、反射光が他の光学素子に悪影響を及ぼすことがなく、反射光の処理が容易であるという利点がある。大部分の液晶装置では、光射出面側から光が入射すると誤動作する場合が多いが、上記の点に着目すれば、構造複屈折型偏光板200Cを液晶装置の光射出面側に配置される偏光子として使用することもできる。一方、図9(B)の構造複屈折型偏光板200Dを用いる場合には、反射光の一部を光源装置110(図8)側に戻して再利用することができるという利点がある。
When the structure birefringent
また、構造複屈折型偏光板200C,200Dは、その向きを反転させて、配置するようにしてもよい。例えば、図9(A)の構造複屈折型偏光板200Cの光入射面が光射出面となるように、偏光板200Cの2つの領域によって形成される1つの稜線が液晶装置300側を向くように配置してもよい。
Further, the structural birefringent
図9(A),(B)では、構造複屈折型偏光板の複数の領域はすべて照明光軸Lに対して斜めに配置されているが、一部の領域を照明光軸Lと直交するように配置するようにしてもよい。一般には、複数の領域のうちの少なくとも一部が、照明光軸Lに対して斜めに配置されていればよい。 9A and 9B, all the plurality of regions of the structural birefringent polarizing plate are arranged obliquely with respect to the illumination optical axis L, but some regions are orthogonal to the illumination optical axis L. You may make it arrange | position. In general, at least a part of the plurality of regions may be disposed obliquely with respect to the illumination optical axis L.
なお、図9(A),(B)に示す液晶装置の表示領域は、X方向に長辺を有し、Y方向に短辺を有する長方形である。前述のように、図9(A),(B)では、Y軸に沿って複数の領域に分割された構造複屈折型偏光板200C,200Dが用いられている。しかしながら、上記のような長方形の表示領域を有する液晶装置に対しては、X軸に沿って複数の領域に分割された構造複屈折型偏光板を用いることが好ましい。換言すれば、構造複屈折型偏光板は、長辺方向に沿って分割されていることが好ましい。このとき、複数の領域は、表示領域の短辺方向に沿って列ぶように配置される。こうすれば、図9(A),(B)の構造複屈折型偏光板200C,200Dを用いる場合と比べ、構造複屈折型偏光板のZ方向の厚みを比較的小さくすることができる。
Note that the display region of the liquid crystal device illustrated in FIGS. 9A and 9B is a rectangle having a long side in the X direction and a short side in the Y direction. As described above, in FIGS. 9A and 9B, the structural birefringent
D.第4実施例:
図10は、第4実施例としてのプロジェクタPJ4の要部を平面的に見た概略構成図である。このプロジェクタPJ4では、第3実施例のプロジェクタPJ3と同様に、構造複屈折型偏光板200が照明光軸Lに対して斜めに配置されている。具体的には、構造複屈折型偏光板200は、照明光軸Lに対して45度の角度で傾斜して配置されている。
D. Fourth embodiment:
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the main part of the projector PJ4 as the fourth embodiment viewed in plan. In the projector PJ4, similarly to the projector PJ3 of the third embodiment, the structural birefringent
このように構造複屈折型偏光板200を配置すれば、プロジェクタPJ4は、構造複屈折型偏光板200で反射されたY偏光光を照明光として使用することができる。
When the structural birefringent
なお、図10に示すように構造複屈折型偏光板200を配置すれば、プロジェクタPJ4をL字状に構成することができるため、プロジェクタ全体を覆う筐体の図中X方向の寸法またはZ方向の寸法を比較的短くすることができ、この結果、プロジェクタを小型化することができる。なお、図中Z方向の寸法を小さくすれば、リアプロジェクタに好適であり、図中X方向の寸法を小さくすれば、光源装置110を底部に配置する縦型のプロジェクタに好適である。
If the structural birefringent
E.第5実施例:
ところで、液晶装置の光射出面側に光反射型偏光板を有する偏光子を配置する場合には、光反射型偏光板で反射された不要な偏光光が液晶装置の光射出面に入射しないように注意する必要がある。これは、液晶装置に多く使用されている能動スイッチング素子としての薄膜トランジスター(TFT)等は、液晶装置の光射出面側から光が入射すると誤動作してしまう場合があるからである。
E. Example 5:
By the way, when a polarizer having a light reflection type polarizing plate is arranged on the light emission surface side of the liquid crystal device, unnecessary polarized light reflected by the light reflection type polarizing plate is prevented from entering the light emission surface of the liquid crystal device. It is necessary to pay attention to. This is because a thin film transistor (TFT) or the like as an active switching element often used in a liquid crystal device may malfunction if light enters from the light exit surface side of the liquid crystal device.
光反射型偏光板を有する偏光子として、近年、偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタを使用することが試みられている(例えば、特開平7−306405号公報)。この偏光ビームスプリッタは、2つの直角プリズムと、その界面に形成された偏光分離膜とを備えている。そして、偏光ビームスプリッタは、偏光分離膜が照明光軸に対して約45度傾いた状態で配置される。このような偏光ビームスプリッタを液晶装置の光射出面側に配置する場合には、偏光分離膜で反射された光は、照明光軸と略直交する方向に射出されるので、液晶装置の誤動作を防止することができる。 In recent years, it has been attempted to use a polarization beam splitter having a polarization separation film as a polarizer having a light reflection type polarizing plate (for example, JP-A-7-306405). This polarization beam splitter includes two right-angle prisms and a polarization separation film formed at the interface thereof. The polarization beam splitter is disposed in a state where the polarization separation film is inclined by about 45 degrees with respect to the illumination optical axis. When such a polarizing beam splitter is arranged on the light exit surface side of the liquid crystal device, the light reflected by the polarization separation film is emitted in a direction substantially perpendicular to the illumination optical axis, which may cause malfunction of the liquid crystal device. Can be prevented.
しかしながら、偏光ビームスプリッタの照明光軸に沿った寸法は、液晶装置の長方形の表示領域の長辺の寸法とほぼ等しく設定されるため、偏光子が大型化してしまう。この結果、液晶装置の光射出面側には、偏光子を配置するために比較的広い空間が必要となり、プロジェクタが大型化してしまうという問題がある。また、液晶装置と投写光学系との距離が長くなるため、大口径の投写レンズが必要となり、投写光学系の製造コストが高くなるという問題もある。 However, since the dimension along the illumination optical axis of the polarization beam splitter is set to be approximately equal to the dimension of the long side of the rectangular display area of the liquid crystal device, the polarizer becomes large. As a result, there is a problem that a relatively wide space is required on the light exit surface side of the liquid crystal device in order to dispose the polarizer, and the projector becomes large. In addition, since the distance between the liquid crystal device and the projection optical system becomes long, a projection lens having a large aperture is required, and there is a problem that the manufacturing cost of the projection optical system increases.
そこで、本実施例では、液晶装置の光射出面側に光反射型偏光板を有する偏光子を配置して、偏光子の耐光性および耐熱性を向上させるとともに、偏光子が光反射型偏光板とプリズムとを備える場合にも偏光子を小型化できるように工夫している。 Therefore, in this embodiment, a polarizer having a light reflection type polarizing plate is arranged on the light exit surface side of the liquid crystal device to improve the light resistance and heat resistance of the polarizer, and the polarizer is a light reflection type polarizing plate. And a prism are provided so that the polarizer can be miniaturized.
図11は、第5実施例における第1の光反射型偏光子1の概略構成を示す断面図である。この光反射型偏光子1は、プリズム10と光反射型偏光板20と光吸収型偏光板30とを備えている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the first light
プリズム10は、非平行な光入射面S1iと光射出面S1oとを有する透明体である。具体的には、プリズム10は、対向する光入射面S1iと光射出面S1oとの成す角度(頂角)αが特定の値に設定された、略三角形の断面形状を有する柱状のガラス体である。なお、頂角αについては、後述する。
The
光反射型偏光板20は、光吸収を殆ど伴うことなく、偏りのない光を偏光方向が異なる2種類の偏光光に分離する光学素子である。本実施例の光反射型偏光板20は、例えば、以下のような光学素子を用いて構成される。
(a)誘電体多層膜によって形成される偏光分離素子、
(b)周期的な微細構造体が形成された構造複屈折型偏光板、
(c)液晶材料などの屈折率異方性(複屈折性)を有する有機材料を、層状に積層させた高分子系の層状偏光板(例えば、3M社製のDBEF)、
(d)偏りのない光を右回りの円偏光と左回りの円偏光とに分離する円偏光反射板(例えば、コレステリック液晶)とλ/4位相差板を組み合わせた光学素子、
(e)ブリュースター角を利用して反射偏光光と透過偏光光とに分離する光学素子(例えば、SID’92 DIGEST P427)、
(f)ホログラムを利用したホログラム光学素子。
The light-reflecting
(A) a polarization separation element formed of a dielectric multilayer film;
(B) a structural birefringent polarizing plate in which a periodic microstructure is formed,
(C) a polymer-based layered polarizing plate (for example, DBEF manufactured by 3M) in which an organic material having refractive index anisotropy (birefringence) such as a liquid crystal material is laminated in a layer shape;
(D) an optical element that combines a circularly polarized light reflector (for example, a cholesteric liquid crystal) and a λ / 4 phase difference plate that separates non-biased light into clockwise circularly polarized light and counterclockwise circularly polarized light;
(E) an optical element (for example, SID '92 DIGEST P427) that separates reflected polarized light and transmitted polarized light using the Brewster angle;
(F) A hologram optical element using a hologram.
光吸収型偏光板30は、偏光方向が互いに直交する2つの直線偏光光のうちの一方の直線偏光光を吸収し、他方の直線偏光光を透過させる光学素子である。なお、光吸収型偏光板30は、ヨウ素または染料を含浸させたフィルムを一軸延伸して形成することができる。
The light
なお、光吸収型偏光板30が用いられているのは、光反射型偏光板20の偏光分離特性は、入射角依存性を伴う場合が多いからである。発散光あるいは集束光が入射する場合には、光反射型偏光板20を透過する光の偏光度は、入射角に応じて変化する。そこで、光反射型偏光板20の光射出面側に光吸収型偏光板30を配置することにより、透過光の偏光度を向上させている。なお、光吸収型偏光板30は、その透過軸方向が透過光の偏光方向とほぼ一致するように配置されている。このようにして、光反射型偏光子1はほぼ一種類の偏光状態を有する偏光度の高い偏光光を射出することができる。
The light absorption
プリズム10の光入射面S1iから照明光軸Lに沿って入射した偏りのない光は、光射出面S1oに形成された光反射型偏光板20によって、偏光方向が直交する2種類の直線偏光光に分離される。一方の直線偏光光は、光反射型偏光板20を透過する。透過光は、さらに、光吸収型偏光板30を透過して射出される。他方の直線偏光光(X偏光)は、光反射型偏光板20で反射され、プリズム10に再び入射する。なお、本実施例では、光反射型偏光板20を透過した偏光光を透過光、光反射型偏光板20で反射した偏光光を反射光とも呼ぶ。
Unpolarized light incident along the illumination optical axis L from the light incident surface S1i of the
プリズム10に再入射した反射光(戻り光)は光入射面S1iで全反射され、頂角と対向する面Sαから射出される。このため、光入射面S1iからプリズム10の外部には、光は殆ど射出されない。
The reflected light (returned light) re-entering the
図12は、プリズム10の頂角αの設定値を説明するための説明図である。光入射面S1iに入射角θ1で入射した光は、光反射型偏光板20で反射された後、光入射面S1iに入射角θで入射する。このとき、入射角θが下式(1)の関係を充たしていれば、反射光(戻り光)は光入射面S1iで全反射する。また、入射角θは、入射角θ1とプリズムの頂角αとプリズムの屈折率nとによって決定され、頂角αが下式(2)の関係を充たすときに、戻り光は光入射面S1iで全反射する。このように頂角αの値を設定すれば、戻り光は、光入射面S1iからプリズム10の外部に射出されない。
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining a set value of the apex angle α of the
θ ≦ sin-1(1/n) …(1)
α ≧ (sin-1(1/n・sinθ1)+sin-1(1/n))/2 …(2)
θ ≤ sin -1 (1 / n) (1)
α ≧ (sin −1 (1 / n · sin θ1) + sin −1 (1 / n)) / 2 (2)
例えば、プリズム10に入射する光の最大の入射角θ1を±11.3度(プロジェクタのインテグレータ光学系のFナンバーが約2.5の場合に相当)としてプリズムの屈折率nを1.52とする場合には、プリズムの頂角αを約24.3度以上に設定すれば、戻り光はすべて光入射面S1iで全反射される。
For example, the maximum incident angle θ1 of the light incident on the
このとき、頂角αと対向する面Sαの照明光軸Lの方向における寸法BCは、光入射面S1iのY方向の寸法ABの約0.45倍に設定することができる。このように、プリズム10の寸法BCを寸法ABよりも短くすることができるので、光反射型偏光子1を小型化することができる。
At this time, the dimension BC of the surface Sα facing the apex angle α in the direction of the illumination optical axis L can be set to about 0.45 times the dimension AB of the light incident surface S1i in the Y direction. Thus, since the dimension BC of the
ところで、プリズム10内部では、光の偏光状態に影響を与える位相変化があまり生じないことが好ましい。プリズム10の頂点付近では、その形状に起因して、内部あるいは外部からの応力が発生し易く、位相変化が生じ易い。そこで、本実施例のプリズム10は、通過する光の偏光状態を維持するために、光弾性定数が比較的小さなガラス材料を用いて形成されている。ガラス材料の光弾性定数は、人間の目の感度を考慮すると、約1nm/cm/105 Pa以下であることが好ましい。このようなガラス材料を用いてプリズムを形成すれば、発生する位相変化の量を小さくすることができ、偏光度の面内分布をほぼ均一とすることができる。なお、光弾性定数が比較的小さな材料であれば、ガラス材料に代えてプラスチック材料を用いるようにしてもよい。
By the way, it is preferable that the phase change that affects the polarization state of light does not occur so much in the
このように、図11の光反射型偏光子1は、光吸収を伴わない光反射型偏光板20が用いられているので、偏光子の耐光性および耐熱性を向上させることができ、偏光子に入射する光の強度が大きくなった場合にも、安定した偏光分離特性を発揮することができる。また、光反射型偏光板20からの反射光(戻り光)がプリズム10の光入射面S1iで全反射するように、光入射面S1iと光射出面S1oとの成す角(頂角)が設定されたプリズム10が用いられている。したがって、不要な偏光光(反射光)が光入射面S1iから外部に射出されない。このような光反射型偏光子をプロジェクタの液晶装置の光射出面側に配置した場合には、液晶装置の光射出面に光が入射することがないので、液晶装置が誤動作することを防止できる。
As described above, the light
また、本実施例では、プリズム10と、光反射型偏光板20の基材と、光吸収型偏光板30の基材との屈折率とは、ほぼ一致している。こうすれば、プリズム10と光反射型偏光板20と光吸収型偏光板30とを、光学的に一体化した場合に、各界面での光損失を低減させることができるとともに、光反射型偏光子1の取り扱いも容易となる。また、偏光子1における光の利用効率を高めることができるとともに、プリズム10内部への戻り光を低減させることも可能となる。なお、光吸収型偏光板30は、光反射型偏光板20から射出される偏光光(透過光)の偏光度が高い場合には、省略可能である。
In this embodiment, the refractive indexes of the
なお、図11の偏光子1を用いる場合には、プリズム10の光入射面S1iおよび面Sαには、反射防止膜が形成される。これにより、外部からの光の殆どをプリズム1の光入射面S1iから入射させることができるとともに、光入射面S1iで全反射された光の殆どをプリズム1の面Sαから射出させることができる。ただし、光入射面S1iと面Sαには、光の入射角に応じて、構造の異なる反射防止膜が形成される。
When the
しかしながら、実際には、プリズム10の面Sαに入射した光が、面Sαで反射されて、光反射型偏光板20に再度入射してしまう場合がある。図13は、図11の偏光子1の変形例を示す説明図である。図13に示す偏光子1’は、図11の偏光子1とほぼ同様であるが、プリズム10’の形状が変更されている。具体的には、プリズム10’の光入射面S1iと光射出面S1oとで形成される頂角αに対向する面(対向面)Sα’が変更されている。すなわち、面Sα’は、プリズム10’の光入射面S1iで全反射した直線偏光光(X偏光光)が面Sα’にほぼ垂直に入射するように、設定されている。なお、このとき、光入射面S1iと面Sα’との成す角βは、光反射型偏光板20で反射された光が、光入射面S1iで全反射する際の入射角θにほぼ等しく設定されている。
However, in practice, the light incident on the surface Sα of the
このような偏光子1’を用いれば、面Sα’に入射する光の殆どを、面Sα’から射出させることができるので、光反射型偏光板20に再度入射する光をかなり低減させることができる。また、このような偏光子1’を用いる場合には、光入射面S1iおよび面Sα’に入射する光の入射角(ほぼ0度)が等しくなるので、2つの面S1i,Sα’に形成すべき反射防止膜の構造を共通化することができる。
If such a
図14は、第5実施例における第2の光反射型偏光子2の概略構成を示す断面図である。この光反射型偏光子2は、図11の光反射型偏光子1とほぼ同じであるが、光吸収型偏光板30の光射出面側に第2のプリズム40が配置されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the second light reflecting polarizer 2 in the fifth embodiment. The
図14の光反射型偏光子2を用いる場合にも、図11の光反射型偏光子1を用いる場合と同様の効果を奏し、さらに、以下のような効果を奏する。 Even when the light reflecting polarizer 2 of FIG. 14 is used, the same effects as the case of using the light reflecting polarizer 1 of FIG. 11 are obtained, and further, the following effects are obtained.
図14では、2つのプリズム10,40として、同じプリズムが用いられており、2つのプリズム10,40はY方向において逆向きとなるように配置されている。このとき、2つのプリズム10,40の屈折率は等しくなっている。また、第1のプリズム10の光射出面S1oと第2のプリズムの光入射面S2iとは略平行となっており、第1のプリズム10の光入射面S1iと第2のプリズムの光射出面S2oとは略平行となっている。このため、光が光反射型偏光子2を通過する際に、その進行方向は殆ど変更されない。換言すれば、光反射型偏光子2に入射する光と光反射型偏光子2から射出される光との進行方向は、ほぼ一致している。このようにすれば、光反射型偏光子2を他の光学部品と組み合わせて使用する場合に光学系を容易に構成できるという利点がある。
In FIG. 14, the same prism is used as the two
あるいは、2つのプリズム10,40を形成する材料は、異なっていてもよい。例えば、光反射型偏光子2の用途に応じて、最適な物性値(例えば、屈折率や光弾性定数)を有する材料を用いて各プリズム10,40を形成するようにしてもよい。2つのプリズム10,40の屈折率が異なる場合にも、第2のプリズムの頂角を調整すれば、光反射型偏光子に入射する光と光反射型偏光子から射出される光との進行方向をほぼ一致させることができる。
Alternatively, the materials forming the two
なお、屈折率が高い材料あるいは光弾性定数が小さい材料は高価である。したがって、プロジェクタの液晶装置の光入射面側および光射出面側に光反射型偏光子2を配置する場合には、液晶装置に近い方のプリズムに、屈折率が高く光弾性定数の小さい高価な材料(例えば、光弾性定数が約1nm/cm/105 Pa以下の材料)を用い、遠い方のプリズムにはそれ以外の安価な材料を用いるようにしてもよい。こうすれば、光反射型偏光子2の光学特性をあまり低下させずに、低コスト化を図ることができる。
A material having a high refractive index or a material having a small photoelastic constant is expensive. Therefore, when the
また、第2のプリズム40では全反射を起こさせる必要はない。このため、第2のプリズム40の屈折率や頂角を適当な値に設定することによって、光反射型偏光子2から射出される光の進行方向を制御することもできる。これにより、他の光学部品の配置の自由度を高めることができ、例えば、あおり投写の光学系を容易に構成することができる。
Further, the
なお、本実施例では、第1のプリズム10と、光反射型偏光板20の基材と、光吸収型偏光板30の基材と、第2のプリズム40との屈折率とは、ほぼ一致している。こうすれば、第1のプリズム10と光反射型偏光板20と光吸収型偏光板30と第2のプリズム40を、光学的に一体化した場合に、各界面での光損失を低減させることができるとともに、光反射型偏光子2の取り扱いも容易となる。また、偏光子2における光の利用効率を高めることができるとともに、プリズム10内部への戻り光を低減させることも可能となる。なお、光吸収型偏光板30は、光反射型偏光子1の場合と同様に、省略可能である。
In the present embodiment, the refractive indexes of the
図15は、第5実施例における第3の光反射型偏光子3の概略構成を示す断面図である。図14の光反射型偏光子2では、光吸収型偏光板30は第2のプリズム40の光入射面S2iに配置されているが、この光反射型偏光子3では、光吸収型偏光板30は第2のプリズム40の光射出面S2oに配置されている。このような光反射型偏光子3を用いる場合にも、図14の光反射型偏光子2を用いる場合と同様の効果を奏し、さらに、以下のような効果を奏する。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the third light reflecting polarizer 3 in the fifth embodiment. In the light
光吸収型偏光板30は光吸収によって発熱する。このため、図14の光反射型偏光子2を用いる場合には、光吸収型偏光板30の熱が、第2のプリズム40や光吸収型偏光板30自体に影響を及ぼし、位相変化を生じさせたり、偏光特性を悪化させたりする。一方、図15に示す光反射型偏光子3を用いる場合には、光吸収型偏光板30の熱を外部空間に速やかに放出することができるので、光吸収型偏光板30の熱が第2のプリズム40等の周辺の光学素子に及ぼす影響を低減させることができる。
The light absorption
さらに、第2のプリズム40の光射出面S2oに光吸収型偏光板30を配置すれば、光吸収型偏光板30に入射する透過光の入射角を小さく設定できるので、光吸収型偏光板30の偏光特性を向上させることができるという利点もある。
Furthermore, if the light absorption
図16は、第5実施例における第4の光反射型偏光子4の概略構成を示す断面図である。この光反射型偏光子4は、図15の光反射型偏光子3とほぼ同じであるが、光反射型偏光板20として構造複屈折型偏光板21が用いられている。なお、構造複屈折型偏光板21としては、例えば、図2(A),(B)で説明した構造複屈折型偏光板を用いることができ、図16では、図2(A)に示すような構造複屈折型偏光板が用いられている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fourth light reflecting polarizer 4 in the fifth embodiment. The light reflecting polarizer 4 is substantially the same as the light reflecting polarizer 3 in FIG. 15, but a structural birefringent
構造複屈折型偏光板21は、その透明基板210が第2のプリズム40の光入射面と密着した状態で配置され、周期的な微細構造体(金属薄膜)211と第1のプリズム10とが僅かな空間を隔てた状態で配置されている。また、この僅かな空間を経て、光は微細構造体211の側から透明基板210に入射する。なお、このように空間を設けることにより、構造複屈折型偏光板21の偏光分離特性を高めることができる。
The structural birefringent
そして、微細構造体211は、第1のプリズム10の光入射面S1iと光射出面S1oとによる交線方向(X方向)と直交し、光射出面S1oと平行な方向に沿って周期的に配列されており、溝212はX方向に延びている。こうすれば、構造複屈折型偏光板21は照明光軸Lに対して斜めに配置されるので、照明光に対する微細構造体のピッチを実質的に小さくすることができ、この結果、構造複屈折型偏光板の光学特性を向上させることが可能となる。
And the
このように、構造複屈折型偏光板21を照明光軸Lに対して傾斜させて配置する場合には、微細構造体211の周期的な配列方向が照明光軸Lに対して傾斜するように、配置することが望ましい。仮に、微細構造体の周期的な配列方向が照明光軸Lに対して直交するように、構造複屈折型偏光板を配置しても、照明光に対する微細構造体のピッチを実質的に小さくすることができないので、光学特性を向上させることは困難である。
As described above, when the structural birefringent
なお、図16では、透明基板210の屈折率は、第2のプリズム40の屈折率にほぼ等しく設定されているので、構造複屈折型偏光板21と第2のプリズム40との界面で生じる光損失を低減させることができる。
In FIG. 16, since the refractive index of the
図16の光反射型偏光子4を用いる場合にも、図15の光反射型偏光子3を用いる場合と同様の効果を奏する。さらに、図16では、偏光分離特性の入射角依存性が比較的小さな構造複屈折型偏光板21を光反射型偏光板として用いているので、光反射型偏光子4に光強度の大きな光が入射したり、入射角の大きな光が入射したりする場合にも、優れた偏光分離特性を発揮することができる。
Even when the light reflective polarizer 4 of FIG. 16 is used, the same effect as that of the case of using the light
図15の光反射型偏光板20としては、構造複屈折型偏光板21に代えて屈折率異方性を有する薄膜を用いた層状偏光板を使用することもできる。層状偏光板は、図6で説明したように、複屈折性を有する第1のフィルムと複屈折性を有しない第2のフィルムとが交互に複数積層された偏光板である。
As the light reflection
光反射型偏光板20として層状偏光板を用いる場合にも、図15の光反射型偏光子3を用いる場合と同様の効果を奏する。さらに、層状偏光板は偏光分離特性の波長依存性が比較的小さいため、可視光のように波長域が広い光が入射した場合でも、優れた偏光分離特性を発揮することができる。
Even when a layered polarizing plate is used as the light reflecting
なお、図14,図15,図16の偏光子2,3,4の第1のプリズム10に代えて、図13に示すプリズム10’を用いるようにしてもよい。
Note that a prism 10 'shown in FIG. 13 may be used in place of the
図17は、第5実施例における第5の光反射型偏光子5の概略構成を示す断面図である。この光反射型偏光子5は、図13の偏光子1’の光射出面側に第2のプリズム40が設けられた2つの部分偏光子5a,5bで構成されている。2つの部分偏光子5a,5bは、それぞれの第1のプリズム10’の光入射面S1iがほぼ同一面内に配置されるように、接続されている。また、2つの部分偏光子5a,5bは、照明光軸Lに対して、対称となるように接続されており、このとき、各部分偏光子5a,5bの光反射型偏光板20は、V字状に配置される。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fifth light reflecting polarizer 5 in the fifth embodiment. The
このような偏光子5を用いれば、図9(A)と同様に、光反射型偏光子5のZ方向の寸法を小さくすることができる。したがって、光反射型偏光子を小型化することができるとともに、光反射型偏光子5を配置するための空間を比較的小さくすることができるという利点がある。また、この光反射型偏光子5をプロジェクタに適用すれば、プロジェクタを小型化することが可能となる。
If such a
なお、図17では、2つの部分偏光子5a,5bの光射出面側の第2のプリズム40は、別個のプリズムで構成されているが、1つのプリズムを用いて構成するようにしてもよい。
In FIG. 17, the
また、図17の光反射型偏光子5では、部分偏光子として、図13の偏光子1’が利用されているが、他の偏光子1〜4を利用するようにしてもよい。さらに、図17の光反射型偏光子5では、部分偏光子1’が2つ組み合わされているが、他の部分偏光子1〜4を4つ組み合わせて、図9(B)に示すように、各偏光子の光反射型偏光板20がW字状に配置されるようにしてもよい。こうすれば、さらに小型化された光反射型偏光子を得ることができ、これをプロジェクタに適用すれば、プロジェクタをさらに小型化することができるという利点がある。一般には、複数の部分偏光子は、それぞれの第1のプリズムの光入射面がほぼ同一面内に配置されるように接続されていればよい。
Moreover, in the light
図18は、第5実施例におけるプロジェクタPJ5の要部を平面的に見た概略構成図である。なお、図18は、X方向から見たときの平面図を示している。 FIG. 18 is a schematic configuration diagram of the main part of the projector PJ5 in the fifth embodiment viewed in plan. FIG. 18 is a plan view when viewed from the X direction.
このプロジェクタPJ5は、第2実施例のプロジェクタPJ2(図7(B))とほぼ同じであるが、液晶装置300の光射出面側に配置される偏光子が変更されている。具体的には、プロジェクタPJ5では、図15に示す光反射型偏光子3の第1のプリズム10を、図13に示す第1のプリズム10’に変更した光反射型偏光子3’が用いられている。また、プロジェクタPJ5では、偏光変換光学系150’の重畳レンズ180’は、凸面が光入射面となるように配置されている。
The projector PJ5 is substantially the same as the projector PJ2 (FIG. 7B) of the second embodiment, but the polarizer disposed on the light exit surface side of the
図19は、図18の液晶装置300の光射出面側に配置された光反射型偏光子3’の配置の仕方を示す説明図である。一般に、液晶装置300の表示領域は、長方形である場合が多い。光反射型偏光子3’は、その光入射面S1iと光射出面S1oとによって形成される交線11の方向が液晶装置300の表示領域の長辺301の方向(X方向)と略平行となるように、配置されている。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing how the light reflecting polarizer 3 ′ disposed on the light exit surface side of the
図19に示すように光反射型偏光子3’を配置すれば、光入射面S1iと光射出面S1oとによって形成される交線11の方向を液晶装置300の表示領域の短辺の方向(Y方向)と略平行となるように配置する場合と比べて、光反射型偏光子3’の照明光軸Lに沿った方向(Z方向)における寸法を比較的小さくすることができる。これは、光反射型偏光子3’のZ方向の寸法は、図12で説明したように、第1のプリズム10の光入射面S1iの寸法ABの tanα倍で決定されるためである。したがって、図18,図19に示すように配置すれば、液晶装置300と投写光学系500間の距離を短くすることができ、この結果、プロジェクタと投写レンズの小型化低およびコスト化を実現することができる。
As shown in FIG. 19, when the light reflecting polarizer 3 ′ is arranged, the direction of the
以上説明したように、プロジェクタPJ5では、光反射型偏光子3’が用いられているので、偏光子の耐光性および耐熱性を向上させることができるとともに、偏光度の高い偏光光を生成し、コントラストの高い画像を表示することができる。また、不要な偏光光が液晶装置300に戻ることを防止できる。これにより、液晶装置300の誤動作を防止でき、偏光子に入射する光の強度が大きくなった場合にも、高画質な画像を安定して表示することができる。
As described above, in the projector PJ5, the light reflecting polarizer 3 ′ is used. Therefore, the light resistance and heat resistance of the polarizer can be improved, and polarized light having a high degree of polarization is generated. An image with high contrast can be displayed. Further, unnecessary polarized light can be prevented from returning to the
また、プロジェクタPJ5では、液晶装置300の光射出面側のみに光反射型偏光子3’が配置されているが、偏光変換光学系150’の有無によって、換言すれば、前述したような偏光子にかかる熱的負荷によって、液晶装置300の光入射面側のみに設けるようにしてもよい。具体的には、偏光変換光学系150’を搭載しない場合(すなわち、図1に示すようなインテグレータ光学系を搭載する場合)には、液晶装置300の少なくとも光入射面側に光反射型偏光子3’を配置し、偏光変換光学系150’を搭載する場合には、液晶装置300の少なくとも光射出面側に光反射型偏光子3’を配置するようにしてもよい。なお、光反射型偏光子3’が配置されない側には、上記のように、光吸収型偏光板400を単独で用いればよい。このようにすれば、プロジェクタの小型化と高性能化と低コスト化とを同時に実現することができる。
In the projector PJ5, the light
プロジェクタPJ5では、光反射型偏光子3’が用いられているが、これに代えて、他の光反射型偏光子1,1’,2,3,4,5を用いるようにしてもよい。
In the projector PJ5, the light reflection type polarizer 3 'is used, but other light
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
(1)図2,図16では、構造複屈折型偏光板200,21は、微細構造体211が形成された面側から光が入射するように配置されているが、微細構造体211が形成された面と反対の面側、すなわち、透明基板210側から光が入射するように配置されていてもよい。ただし、図2,図16に示すように配置すれば、構造複屈折型偏光板における偏光分離特性を比較的高くすることができる。
(1) In FIGS. 2 and 16, the structural birefringent
(2)上記実施例では、液晶装置を1つだけ用いたいわゆる単板式のプロジェクタを説明したが、本発明は複数の液晶装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。また、上記実施例では、透過型の液晶装置が用いられているが、本発明は、反射型の液晶装置を用いたプロジェクタにも適用可能である。さらに、フロント投写型のプロジェクタのみならず、透過型のスクリーンに画像を投写表示するリア投写型のプロジェクタにも適用可能である。 (2) In the above-described embodiment, a so-called single-plate projector using only one liquid crystal device has been described. However, the present invention can also be applied to a projector using a plurality of liquid crystal devices. In the above embodiments, a transmissive liquid crystal device is used. However, the present invention can also be applied to a projector using a reflective liquid crystal device. Furthermore, it is applicable not only to a front projection type projector but also to a rear projection type projector that projects and displays an image on a transmission type screen.
産業上の利用可能性:この発明は、偏光子を用いる光学装置、例えば、プロジェクタに適用可能である。 Industrial Applicability: The present invention is applicable to an optical device using a polarizer, for example, a projector.
Claims (9)
前記光源からの光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクタであって、
前記ライトバルブは、電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側に配置された偏光子を有し、
前記電気光学装置の光入射面側の偏光子は、基板と該基板上に所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体とを備える構造複屈折型偏光板を有し、
前記構造複屈折型偏光板は、入射する光に対する前記微細構造体のピッチが小さくなるように、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置され、
前記電気光学装置を照明する光は、前記微細構造体側から前記構造複屈折型偏光板に入射することを特徴とするプロジェクタ。 A light source;
A light valve that modulates light from the light source;
A projection optical system for projecting light from the light valve;
A projector comprising:
The light valve includes an electro-optical device and a polarizer disposed on a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device,
The polarizer on the light incident surface side of the electro-optical device has a structural birefringent polarizing plate including a substrate and a fine structure periodically formed on the substrate along a predetermined direction,
The structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely with respect to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device so that the pitch of the fine structure with respect to incident light is reduced .
A projector for illuminating the electro-optical device is incident on the structural birefringent polarizing plate from the fine structure side.
前記光源からの光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクタであって、
前記ライトバルブは、電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側に配置された偏光子を有し、
前記偏光子は、基板と該基板上に所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体とを備える構造複屈折型偏光板を有し、
前記構造複屈折型偏光板は、入射する光に対する前記微細構造体のピッチが小さくなるように、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置され、
前記電気光学装置を照明する光は、前記微細構造体側から前記構造複屈折型偏光板に入射することを特徴とするプロジェクタ。 A light source;
A light valve that modulates light from the light source;
A projection optical system for projecting light from the light valve;
A projector comprising:
The light valve includes an electro-optical device and a polarizer disposed on a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device,
The polarizer has a structural birefringent polarizing plate comprising a substrate and a fine structure periodically formed on the substrate along a predetermined direction,
The structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely with respect to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device so that the pitch of the fine structure with respect to incident light is reduced .
A projector for illuminating the electro-optical device is incident on the structural birefringent polarizing plate from the fine structure side.
前記光源からの光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクタであって、
前記ライトバルブは、電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側に配置された偏光子を有し、
前記電気光学装置の光入射面側の偏光子は、基板と該基板上に所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体とを備える構造複屈折型偏光板を有し、
前記構造複屈折型偏光板は、入射する光に対する前記微細構造体のピッチが小さくなるように、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置され、
前記電気光学装置を照明する光は、前記基板側から前記構造複屈折型偏光板に入射することを特徴とするプロジェクタ。 A light source;
A light valve that modulates light from the light source;
A projection optical system for projecting light from the light valve;
A projector comprising:
The light valve includes an electro-optical device and a polarizer disposed on a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device,
The polarizer on the light incident surface side of the electro-optical device has a structural birefringent polarizing plate including a substrate and a fine structure periodically formed on the substrate along a predetermined direction,
The structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely with respect to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device so that the pitch of the fine structure with respect to incident light is reduced .
A projector for illuminating the electro-optical device is incident on the structural birefringent polarizing plate from the substrate side.
前記光源からの光を変調するライトバルブと、
前記ライトバルブからの光を投写する投写光学系と、
を備えるプロジェクタであって、
前記ライトバルブは、電気光学装置と、前記電気光学装置の光入射面側および光射出面側に配置された偏光子を有し、
前記偏光子は、基板と該基板上に所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体とを備える構造複屈折型偏光板を有し、
前記構造複屈折型偏光板は、入射する光に対する前記微細構造体のピッチが小さくなるように、前記電気光学装置を照明する光の中心軸に対して斜めに配置され、
前記電気光学装置を照明する光は、前記基板側から前記構造複屈折型偏光板に入射することを特徴とするプロジェクタ。 A light source;
A light valve that modulates light from the light source;
A projection optical system for projecting light from the light valve;
A projector comprising:
The light valve includes an electro-optical device and a polarizer disposed on a light incident surface side and a light emission surface side of the electro-optical device,
The polarizer has a structural birefringent polarizing plate comprising a substrate and a fine structure periodically formed on the substrate along a predetermined direction,
The structural birefringent polarizing plate is disposed obliquely with respect to the central axis of the light that illuminates the electro-optical device so that the pitch of the fine structure with respect to incident light is reduced .
A projector for illuminating the electro-optical device is incident on the structural birefringent polarizing plate from the substrate side.
前記構造複屈折型偏光板は、前記中心軸に対して約45°の傾斜角で配置されていることを特徴とするプロジェクタ。 The projector according to any one of claims 1 to 4 ,
The projector according to claim 1, wherein the structural birefringent polarizing plate is disposed at an inclination angle of about 45 ° with respect to the central axis.
前記構造複屈折型偏光板は、ワイヤグリッド型偏光板である、プロジェクタ。 A projector according to any one of claims 1 to 5 ,
The structural birefringent polarizing plate is a wire grid type polarizing plate.
前記基板は、透明結晶基板であって、
前記微細構造体は、前記透明結晶基板上に所定方向に沿って周期的に形成されている、プロジェクタ。 A projector according to any one of claims 1 to 5 ,
The substrate is a transparent crystal substrate,
The microstructure is periodically formed along a predetermined direction on the transparent crystal substrate, projector.
前記電気光学装置は、透過型の液晶装置である、プロジェクタ。 A projector according to any one of claims 1 to 7 ,
The electro-optical device is a transmissive liquid crystal device.
前記電気光学装置は、反射型の液晶装置である、プロジェクタ A projector according to any one of claims 1 to 7 ,
The electro-optical device is a reflective liquid crystal device, a projector
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